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矩陣是什麼:列、行與維數

認識矩陣——一個由數字組成的長方形方陣。學會讀取它的元素、數清它的列與行、說出它的維數,並認出特殊的方陣、零矩陣和單位矩陣。

一個數字方陣

矩陣就是把一些數字排成長方形,按水平的和垂直的對齊,並用括號框起來。裡面的每個數字稱為一個元素。整個想法就是這樣——矩陣把許多數字裝進一個整齊的包裹,讓我們可以把一張資料表,或一整組方程式的係數,當作一個單一物件來攜帶。

       column 1  column 2  column 3
row 1 [   2        -1         0   ]
row 2 [   5         3         7   ]

This matrix has 2 rows and 3 columns.
The entry in row 2, column 3 is 7.
We write it a(2,3) = 7.
讀一個 2×3 矩陣:每個元素都有一個地址(先列,後行)。

維數與形狀

矩陣的維數(或尺寸)寫作「列×行」。有 2 列 3 行的矩陣就是 2 × 3 矩陣,讀作「二乘三」。當列數等於行數時,我們就有了一個方陣——而方陣正是能擁有行列式和反矩陣的那一類,這也是本軌道後面真正威力所在。

兩個裝著相同數字但形狀不同的矩陣並不是同一個矩陣——形狀很重要。1 × 3 的矩陣(一列)叫列矩陣;3 × 1 的矩陣(一行)叫行矩陣。這些「瘦長」的矩陣正是我們用來打包單個點或一串數值的方式。

  1. 數水平的列——這是第一個數字。
  2. 數垂直的行——這是第二個數字。
  3. 把尺寸寫成列×行;若兩者相等,它就是方陣。

兩個特殊矩陣

零矩陣的每個元素都等於 0;它的作用就像數字 0——加上它什麼都不改變。單位矩陣記作 I,是方陣,主對角線(左上到右下)上全是 1,其餘位置全是 0。在矩陣乘法中它的作用就像數字 1:乘以 I 不會改變一個矩陣。

Zero matrix (2x2):     Identity matrix I (3x3):
[ 0  0 ]               [ 1  0  0 ]
[ 0  0 ]               [ 0  1  0 ]
                       [ 0  0  1 ]

The diagonal of I is all 1's; everything off it is 0.
零矩陣與單位矩陣——矩陣世界裡的 0 和 1。