行列とは?

行列(ぎょうれつ、英: matrix)は、数学の分野である線形代数学において、数を長方形に並べたものです。行列は、多くの数学的操作を行うために非常に重要であり、様々な分野で使用されています。

以下は、行列に関する基本的な用語や概念の説明です。

  • 行列の要素:行列に含まれる数のことです。一般に、行列は a_ij (i 行 j 列) という形で表されます。
  • 行列の次元:行列に含まれる行数と列数の組み合わせで表されます。例えば、2行3列の行列は2×3行列と呼ばれます。行列の次元を表すときには、横の次元を先に書いて縦の次元を後に書くことが一般的です。
  • 行列の和:同じ次元の2つの行列の対応する要素同士を足し合わせたものです。例えば、AとBという2つの2×2行列の和は、次のように計算されます。

A = [a11 a12] B = [b11 b12] [a21 a22] [b21 b22]

A + B = [a11+b11 a12+b12] [a21+b21 a22+b22]

  • 行列の積:2つの行列の積は、左の行列の行と右の行列の列を掛け合わせ、その和を計算したものです。行列の積を計算するときは、左の行列の列数と右の行列の行数が一致している必要があります。例えば、AとBという2つの2×2行列の積は、次のように計算されます。

A = [a11 a12] B = [b11 b12] [a21 a22] [b21 b22]

AB = [a11b11+a12b21 a11b12+a12b22] [a21b11+a22b21 a21b12+a22b22]

  • 単位行列:対角線上の要素が1で、それ以外の要素がすべて0の正方行列です。単位行列は、行列の積を計算する際の単位元として使用されます。
  • 逆行列:正方行列Aに対して、行列BがAB=BA=I(Iは単位行列)を満たす場合、BはAの逆行列と呼ばれます。ただし、すべての正方行列が逆行列を持つわけではありません。
  • 行列式:正方行列に対して、行列式と呼ばれる値を計算することができます。行列式は、行列を一つのスカラー値にまとめる指標であり、幾何学的な意味を持ちます。行列式の値が0である行列は逆行列を持たないことが知られています。

    正方行列Aの行列式は、det(A)または|A|と表記され、以下のように計算されます。 det(A) = a11C11 + a12C12 + … + a1nC1n ここで、a11, a12, …, a1nはAの1行目の要素であり、C11, C12, …, C1nはそれぞれa11, a12, …, a1nを除いた部分行列の行列式を計算した結果です。

    行列式は、正方行列の性質を表す上で重要な役割を持ちます。たとえば、Aが逆行列を持つことと、Aの行列式が0でないことは同値です。また、行列式の符号が正である行列は、面積や体積を拡大する変換を表し、符号が負である行列は、面積や体積を反転する変換を表します。

 


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