転置行列と逆行列が等しいという性質は、直感的には次のように考えることができます。行列の転置とは、行と列を入れ替える操作です。逆行列とは、ある行列によって元の行列を掛けると単位行列(すなわち、対角成分がすべて1で、それ以外の成分が0の行列)が得られるような行列です。
直交行列は、その転置行列がその逆行列と等しい特別な行列です。直感的に理解するには、直交行列を考えると、その行列がどのような操作を表すかを見ると役立ちます。例えば、2次元空間での回転や鏡映操作は、直交行列で表現されます。これらの操作を連続的に行うと、元の状態に戻ることができます。つまり、行列をかけた後にその逆行列をかけると元の状態に戻るということです。
また、直交行列の列ベクトルは互いに直交し、長さが1であるという性質もあります。つまり、直交行列は空間内の基底として機能し、その逆行列が転置行列であることから、元の基底に戻ることができるということを意味します。
転置行列:行列を上下逆さまにする感じです。例えば、行列が「左右に広がった羅列」だとすると、転置すると「上下に広がった羅列」に変わります。
直交行列:空間内での操作を考えると、直交行列は「回転や鏡映を含む操作を行った後に元の状態に戻すことができる」行列です。つまり、何かを操作しても空間の形が変わらず元に戻せるような行列です。
逆行列:逆行列は、ある操作を元に戻すための行列です。例えば、2倍にしたり、半分にしたりする操作を逆行列で元に戻すことができます。
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(Saionji General Trading & Business Development)
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