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Algebra · real student question

求矩阵 A(三行依次为 (1, 3, 2)、(2, −1, −3)、(1, 1, 0))与矩阵 B(三行依次为 (−3, 2, 4)、(1, 0, 2)、(0, 2, 3))的乘积 AB。

Question

求下面两个矩阵的乘积 ABAB:

A=(1322−1−3110),B=(−324102023).A=\begin{pmatrix}1&3&2\\ 2&-1&-3\\ 1&1&0\end{pmatrix},\qquad B=\begin{pmatrix}-3&2&4\\ 1&0&2\\ 0&2&3\end{pmatrix}.

Step-by-step solution

  1. 先核对形状,定下计算法则。 AA 是 3×33\times 3,BB 也是 3×33\times 3,内侧维数相同,所以 ABAB 是 3×33\times 3 的。第 ii 行第 jj 列的元素等于 AA 的第 ii 行与 BB 的第 jj 列的点积:

    (AB)ij=∑k=13AikBkj.(AB)_{ij}=\sum_{k=1}^{3}A_{ik}B_{kj}.

    把同一位置的元素直接相乘是最经典的错误 —— 那不是矩阵乘法。

  2. 算乘积的第 1 行。 AA 的第 11 行是 (1,3,2)(1,3,2):

    (1)(−3)+(3)(1)+(2)(0)=0,(1)(-3)+(3)(1)+(2)(0)=0,
    (1)(2)+(3)(0)+(2)(2)=6,(1)(2)+(3)(0)+(2)(2)=6,
    (1)(4)+(3)(2)+(2)(3)=16.(1)(4)+(3)(2)+(2)(3)=16.

  3. 算第 2 行。 AA 的第 22 行是 (2,−1,−3)(2,-1,-3):

    (2)(−3)+(−1)(1)+(−3)(0)=−7,(2)(-3)+(-1)(1)+(-3)(0)=-7,
    (2)(2)+(−1)(0)+(−3)(2)=−2,(2)(2)+(-1)(0)+(-3)(2)=-2,
    (2)(4)+(−1)(2)+(−3)(3)=−3.(2)(4)+(-1)(2)+(-3)(3)=-3.

  4. 算第 3 行。 AA 的第 33 行是 (1,1,0)(1,1,0),末位是 00,所以 BB 最底下那一行的元素在这一行里完全不起作用:

    (1)(−3)+(1)(1)+(0)(0)=−2,(1)(-3)+(1)(1)+(0)(0)=-2,
    (1)(2)+(1)(0)+(0)(2)=2,(1)(2)+(1)(0)+(0)(2)=2,
    (1)(4)+(1)(2)+(0)(3)=6.(1)(4)+(1)(2)+(0)(3)=6.

  5. 把乘积拼起来。

    AB=(0616−7−2−3−226).AB=\begin{pmatrix}0&6&16\\ -7&-2&-3\\ -2&2&6\end{pmatrix}.

  6. 用一个列向量抽查。 用 BB 乘 (1,0,0)T(1,0,0)^{T} 会取出它的第一列 (−3,1,0)T(-3,1,0)^{T};再算 A(−3,1,0)T=(−3+3+0, −6−1+0, −3+1+0)T=(0,−7,−2)TA(-3,1,0)^{T}=(-3+3+0,\ -6-1+0,\ -3+1+0)^{T}=(0,-7,-2)^{T},这恰好就是 ABAB 的第一列 ✓。另外别忘了矩阵乘法不满足交换律:BABA 是另一个矩阵。

Answer

AB=(0616−7−2−3−226)AB=\begin{pmatrix}0&6&16\\ -7&-2&-3\\ -2&2&6\end{pmatrix}

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