BL2.ru

Умножение матриц онлайн с решением

Умножьте матрицу A на матрицу B с подробным решением: для каждого элемента C показано, какие элементы строки и столбца перемножаются и складываются. Размеры меняются кнопками + и −, матрицу можно вставить текстом.

A
3
3
×
B
3
3
=
C
3
3

Что это такое

Сервис умножения матриц онлайн с подробным решением позволит вам рассчитать произведение матриц нужной вам размерности, а также покажет подробное решение и процесс перемножения матриц — как вычислен каждый элемент результата.

Матрица — математический объект, записываемый в виде прямоугольной таблицы чисел и допускающий алгебраические операции (сложение, вычитание, умножение) между ним и другими подобными объектами. Умножение матриц — одна из основных операций над матрицами. Матрица, получаемая в результате операции умножения, называется произведением матриц.

Правило умножения

Операция умножения двух матриц выполнима только в том случае, если число столбцов в первом сомножителе равно числу строк во втором; в этом случае говорят, что форма матриц согласована. Произведением матрицы Am×n на матрицу Bn×p называется матрица Cm×p такая, что

cik = ai1·b1k + ai2·b2k + … + ain·bnk,

т. е. элемент cik — это сумма произведений элементов i-й строки матрицы A на соответствующие элементы k-го столбца матрицы B («строка на столбец»). У результата столько строк, сколько у A, и столько столбцов, сколько у B.

Пример

Умножим матрицу 2×3 на матрицу 3×2 — получится матрица 2×2:

A
123
456
B
78
910
1112
  • c11 = 1·7 + 2·9 + 3·11 = 7 + 18 + 33 = 58
  • c12 = 1·8 + 2·10 + 3·12 = 8 + 20 + 36 = 64
  • c21 = 4·7 + 5·9 + 6·11 = 28 + 45 + 66 = 139
  • c22 = 4·8 + 5·10 + 6·12 = 32 + 50 + 72 = 154

Итог: C = {{58, 64}, {139, 154}}. Тот же пример можно ввести в калькулятор строкой {2,3,1,2,3,4,5,6} для A и {3,2,7,8,9,10,11,12} для B.

Свойства, которые важно знать

  • Произведение некоммутативно: в общем случае A·B ≠ B·A, а B·A может вообще не существовать. Например, для A = {{1, 2}, {3, 4}} и B = {{0, 1}, {1, 0}}: A·B = {{2, 1}, {4, 3}} (переставлены столбцы), а B·A = {{3, 4}, {1, 2}} (переставлены строки).
  • Ассоциативность: (A·B)·C = A·(B·C) — поэтому цепочку преобразований можно заранее «свернуть» в одну матрицу.
  • Дистрибутивность: A·(B + C) = A·B + A·C.
  • Единичная матрица E (единицы на диагонали) ничего не меняет: A·E = E·A = A.
  • Транспонирование произведения: (A·B)T = BT·AT; определитель: det(A·B) = det A · det B.
  • Сложность: для двух матриц n×n нужно n3 умножений — 27 для 3×3 и миллиард для 1000×1000.

Где применяется

  • 3D-графика и игры — поворот, масштаб и перенос объекта задаются матрицами 4×4; их произведение даёт одну матрицу всего преобразования. Например, поворот на 90°: {{0, −1}, {1, 0}}·(3, 1) = (−1, 3).
  • Системы линейных уравнений записываются как A·x = b; методы решения (Гаусс, обратная матрица) опираются на умножение.
  • Нейронные сети и машинное обучение — каждый слой сети — это умножение матрицы весов на вектор входов; видеокарты ускоряют именно эту операцию.
  • Экономика — модель «затраты — выпуск» Леонтьева, расчёт стоимости: матрица «изделие × материал» умножается на вектор цен материалов.
  • Графы — если A — матрица смежности, то элементы A2 показывают число путей длины 2 между вершинами.
  • Марковские цепи и вероятности — переход состояния за k шагов — степень матрицы переходов.
  • Обработка изображений и сигналов — цветовые преобразования (RGB → YUV), фильтры, преобразование Фурье.
  • Учёба — проверить домашнее задание и увидеть, как получен каждый элемент.

Как пользоваться

  • Задайте размеры матрицы A кнопками добавления и удаления строк и столбцов. Число строк B подстраивается само — оно всегда равно числу столбцов A; число столбцов B можно менять.
  • Введите элементы в ячейки. Можно вводить дроби (1/2) и выражения.
  • Матрицу можно задать и строкой в поле под редактором: {строки,столбцы,элементы…}, например {2,2,1,2,3,4}.
  • Результат C и подробное решение для каждого cik появляются автоматически. Ссылку на расчёт можно скопировать и отправить.

Частые вопросы

Когда матрицы можно перемножить?
Когда число столбцов A равно числу строк B. Результат имеет столько строк, сколько у A, и столько столбцов, сколько у B. Калькулятор подгоняет размер B автоматически.
Как считается элемент произведения?
Cᵢₖ = Aᵢ₁·B₁ₖ + Aᵢ₂·B₂ₖ + … — строка i матрицы A поэлементно умножается на столбец k матрицы B, и произведения складываются.
Важен ли порядок множителей?
Да: в общем случае A·B ≠ B·A, а B·A может вообще не существовать.
Как вставить матрицу текстом?
В формате 2,3,1,2,3,4,5,6 в фигурных скобках: первые два числа — строки и столбцы, дальше элементы по строкам.