Upload
praew-nualpetch
View
199
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 1 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่ 1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนเซนตฟรังซีสเซเวียร
โรงเรียนเซนตฟรังซีสเซเวียร
เอกสารประกอบการเรียน วิชาคณิตศาสตรเสริม 4(2) รหัสวิชา ค 31202
ช้ันมัธยมศึกษาปที่ 4 ประจําภาคเรียนที่ 2
หนวยการเรียนที่ 1 เร่ือง เมทริกซ
CONCEPT MAPPING
สมบัติของดิเทอรมินันต
สมบัติของอินเวอรส
การบวกเมทริกซ
ชนิดของเมทริกซ โดยวิธีการดําเนินการตามแถวเบ้ืองตน โดยวิธดีีเทอรมินันต
โดยใชอินเวอรสของเมทริกซ
การหาคําตอบของระบบสมการ
การเทากันของเมทริกซ สัญลักษณของเมทริกซ
สมบัติเก่ียวกับการบวก สมบัติของเมทริกซสลับเปล่ียน
โคแฟกเตอร แอดจอยซ
สมบัติของแอดจอยซ
อินเวอรสของเมทริกซ
การคูณเมทริกซดวยเมทริกซ
การคูณเมทริกซดวยจาํนวนจริง
การคูณเมทริกซ
เมทริกซสลับเปล่ียน
สมบัติเก่ียวกับการคูณ
ดีเทอรมินันต เมเมททริกซและดีเทอรมินันตริกซและดีเทอรมินันต
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 2 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
5231
4582
5012
ในป ค.ศ. 1973 วาสซิเลย เลออนทิฟ (Wassiley Leontief) ไดรับรางวัลโนเบลทางดานเศรษฐศาสตร จากผลงานที่
ไดพัฒนาแบบจําลองทางคณิตศาสตร เพื่อใชในการอธิบายสภาวะตาง ๆ ทางเศรษฐศาสตร ซ่ึงแบบจําลองที่ทานไดพัฒนา
นั้นเปนการนําเมทริกซมาใช และนับวันเมทริกซจะมีความสําคัญขึ้นเร่ือย ๆ เนื่องจากมีการนําไปประยุกตใชในศาสตร
สาขาตาง ๆ มากขึ้น
1. ความหมายของเมทริกซ
โรงงานผลิตเส้ือผาแหงหนึ่งทําบันทึกรายการสินคาที่ผลิตไดใน 1 วัน ดังนี้
รายการสินคา ขนาด S ขนาด M ขนาด L ขนาด XL
เส้ือ 180 250 100 85
กางเกง 220 200 150 50
กระโปรง 60 170 80 25
จากตารางขางตนอาจเขียนส้ัน ๆ เปน
2580170605015020022085100250180
หรือ
2580170605015020022085100250180
ในวิชาคณิตศาสตรเรียกกลุมของจํานวนที่เขียนเรียงกับเปนแถว แถวละเทา ๆ กัน และถูกปดลอมดวยวงเล็บ ( )
หรือ [ ] วา เมทริกซ (Matrix)
จํานวนแตละจํานวนในวงเล็บ เรียกวา สมาชิกของเมทริกซ ( element หรือ entry ) สมาชิกในแนวนอน เรียกวา
แถว (row) และสมาชิกในแนวต้ัง เรียกวา หลัก หรือ สดมภ (column)
ตําแหนงของสมาชิกของเมทริกซมีความสําคัญตอความหมายของเมทริกซมาก เพราะถาสลับตําแหนงของสมาชิก
เพียง 2 สมาชิก จะไดเมทริกซที่ตางไปจากเมทริกซเดิม เชน
654321
และ
651324
ตางกัน
2. การบอกตําแหนงของสมาชิกของเมทริกซ
พิจารณาจากตําแหนงของแถวและหลัก ดังนี้
แถวที ่
3
2
1
หลักที่ 1 2 3 4
สําหรับเมทริกซขางตน สมาชิกของเมทริกซในแถวที่ 1 หลักที่ 2 คือ 1
สมาชิกของเมทริกซในแถวที่ 2 หลักที่ 4 คือ 4
สมาชิกของเมทริกซในแถวที่ 3 หลักที่ 3 คือ 2
แนวคิดเกีย่วกบัเมทริกซ
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 3 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
3. มิติและสัญลักษณของเมทริกซ
เมทริกซที่มี m แถว และ n หลัก(สดมภ) เรียกวา m × n เมทริกซ (อานวาเอ็มคูณเอ็นเมทริกซ) และกลาววา
เมทริกซนี้มีมิติ (order) หรือขนาด m × n และมีสมาชิก mn จํานวน ตัวอยางเชน
− 02
21 เปน 2 × 2 เมทริกซ มีมิติเปน 2 × 2
−
53
เปน 2 × 1 เมทริกซ มีมิติเปน 2 × 1
[ ]0 เปน 1 × 1 เมทริกซ มีมิติเปน 1 × 1
เพื่อความสะดวกในการกลาวถึงเมทริกซ จะใชอักษรตัวใหญภาษาอังกฤษ A, B, C, … แทนเมทริกซ และใช
อักษรตัวเล็ก a, b, c, … ที่มีตัวเลขสองตัวเขียนตอไวทางขวาในระดับตํ่าลงไปเล็กนอยแทนสมาชิกของเมทริกซ A, B, C, …
ตามลําดับ เชน A =
333231
232221
131211
aaaaaaaaa
, B =
232221
131211bbbbbb
ตัวเลขที่เขียนไวกับอักษร a , b เปนตัวเลขที่ใชบอกตําแหนงของสมาชิกของเมทริกซ เลขตัวแรกแสดงวาสมาชิกตัวนั้น
อยูแถวใด เลขตัวหลังแสดงวาอยูหลักใด เชน a23 เปนสมาชิกของ A ที่อยูใน แถวที่สอง หลักที่สาม เปนตน
เชน ถากําหนด A =
752143
จะได a12 = 4 , a23 = 7 , a22 = 5 เปนตน
ถา A เปน m × n เมทริกซ มี ija เปนสมาชิกของเมทริกซ ซ่ึงอยูในแถวที่ i หลักที่ j โดยที่ i = 1, 2, …, m
และ j = 1, 2, …, n จะเขียนเมทริกซ A ไดในรูป nmij ]a[ × ดังนี้
A = nmij ]a[ × =
mn2m1m
n22221
n11211
aaa
aaaaaa
ในเร่ืองนี้จะแนะนําใหรูจักเมทริกซเฉพาะบางเมทริกซ เพื่อจะไดนําความรูที่ไดเปนพื้นฐานในการศึกษาเร่ืองตอ ๆ ไป
1. เมทริกซแถว (Row matrix) คือ เมทริกซที่ประกอบดวยจํานวนแถวเพียงแถวเดียว
เชน A = [ ]7 5 2 0 เปนเมทริกซที่มีมิติเปน 41×
2. เมทริกซหลัก (Column matrix) คือ เมทริกซที่ประกอบดวยจํานวนหลักเพียงหลักเดียว
เชน A =
−
21
เปนเมทริกซที่มีมิติเปน 12×
3. เมทริกซศูนย (Zero matrix) คือ เมทริกซที่มีสมาชิกทุกตัวเปน 0
เชน A =
000000
ในที่นี้จะใช 0 เปนสัญลักษณแทนเมทริกซศูนย ดังนั้น เมทริกซศูนยขางตนเขียนไดเปน 0 มิติ 32×
ชนิดของเมทริกซ
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 4 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
4. เมทริกซจัตุรัส (Square matrix) คือ เมทริกซที่มีจํานวนแถวเทากับจํานวนหลัก
เชน A =
−
4321
เปนเมทริกซที่มีมิติเปน 22×
หมายเหตุ 1. ถา A เปนเมทริกซจัตุรัสมิติ 22× เราอาจเขียนในรูป 22A × หรือ 2A ก็ได นั่นคือ
ถา A เปนเมทริกซจัตุรัสมิติ nn× เราอาจเขียนในรูป nnA × หรือ nA ก็ได
2. เมทริกซจัตุรัสจะมีสมาชิกในแนวเสนทแยงมุม 2 ลักษณะ คือ ทแยงมุมจากซายบนลงมา
ขวาลาง กับทแยงมุมจากซายลางขึ้นไปขวาบน แตส่ิงที่เราจะกลาวถึงอยูบอย ๆ ก็คือ สมาชิกในแนวเสนทแยงมุมจากซาย
บนลงมาขวาลาง เราเรียกเสนทแยงมุมในแนวนี้วา “เสนทแยงมุมหลัก” (main diagonal)
5. เมทริกซเฉียง (Diagonal matrix) คือ เมทริกซจัตุรัสที่มีสมาชิกในเสนทแยงมุมหลักเปนจํานวนจริงใด ๆ และ
สมาชิกนอกแนวนี้เปนศูนยหมดทุกตัว
เชน A =
100
030
004
6. เมทริกซสมมาตร (Symmetric matrix) คือ เมทริกซจัตุรัสที่มีสมบัติวา ija = jia
เชน A =
035381512
7. เมทริกซเสมือน (Skew matrix) คือ เมทริกซจัตุรัสที่มีสมาชิกตามแนวเสนทแยงมุมหลักเปนศูนยหมด และ
เปนเมทริกซที่มีสมบัติวา ija = jia−
เชน A =
−−
−
035301510
8. เมทริกซสามเหล่ียม (Triangular matrix) คือ เมทริกซจัตุรัสที่มีสมาชิกที่อยูดานบนหรือดานลางของแนวเสน
ทแยงมุมหลักเปนศูนยหมด
เชน A =
−−
164043002
, B =
−
100940
1082
9. เมทริกซสเกลาร (Scalar matrix) คือ เมทริกซจัตุรัสที่มีสมาชิกตามแนวเสนทแยงมุมหลักมีคาเทากันทุกตัว
สวนสมาชิกนอกแนวนี้เปนศูนยหมด
เชน A =
1001
, B =
−−
−
200020002
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 5 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
บทนิยาม
ถา A เปน m × n เมทริกซใด ๆ แลว เมทริกซสลับเปล่ียนของ A คือ n × m เมทริกซ ที่มีหลักที่ i เหมือนแถวที่ i
ของเมทริกซ A เม่ือ i = 1, 2, …, m
หมายเหตุ ใชสัญลักษณ tA แทน เมทริกซสลับเปล่ียนของ A (Transpose of A)
ตัวอยางที่ 1 กําหนดให A =
3421
จะได tA =
3241
B =
− 2
0 จะได tB = [ 0 −2]
C =
fedcba
จะได tC =
fdbeca
เมทริกซสลับเปล่ียนมีสมบัติที่นาสนใจหลายประการ ในที่นี้จะกลาวแตเพียงตัวสมบัติโดยยกเวนการพิสูจนทั่วไป
ดังนี้
สมบัติของเมทริกซสลับเปลี่ยน
1. ถา A เปนเมทริกซใด ๆ แลว A)A( tt =
2. ถา A เปนเมทริกซใด ๆ และ k เปนจํานวนจริงแลว tt Ak)Ak( ⋅=⋅
3. ถา A และ B เปนเมทริกซที่มีมิติเทากันแลว ttt BA)BA( ±=±
4. ถา nmij ]a[A ×= และ nmij ]b[B ×= แลว ttt AB)AB( =
5. ถา A เปนเมทริกซสมมาตรแลว จะได AA t =
6. ถา A เปนเมทริกซเสมือนแลว จะได tA = A−
บทนิยาม
เมทริกซ 2 เมทริกซใด ๆ จะเทากันไดก็ตอเม่ือ เมทริกซทั้งสองนั้นมีมิติเดียวกันและมีสมาชิกที่อยูในตําแหนงเดียวกันเทากัน
เชน A =
6453
, B =
×++
3222512
จะได A = B เพราะวา A และ B เปน 2 × 2 เมทริกซ และสมาชิกที่อยูในตําแหนงเดียวกันมีคาเทากัน
แต
654321
≠
854321
เพราะสมาชิกในแถวที่ 2 หลักที่ 3 ไมเทากัน
การเทากันของเมทริกซ
เมทริกซสลบัเปลี่ยน (Transpose of A)
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 6 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
ตัวอยางที่ 2 จงหาคาของตัวแปรที่ทําใหสมการเมทริกซที่กําหนดใหเปนจริง
1)
43x1
=
4321
เมทริกซทั้งสองเทากัน ก็ตอเม่ือ x = 2 ดังนั้น x = 2 #
2)
− 55x33y
=
−+
554331x
เมทริกซทั้งสองเทากัน ก็ตอเม่ือ y = x + 1 และ x = 4 ดังนั้น y = 4 + 1 = 5 #
ตัวอยางที่ 3 จงหาคาของ x และ y ที่ทําใหสมการเมทริกซตอไปนี้เปนจริง
−−+
yxyx
=
5
3
วิธีทํา เมทริกซทั้งสองเทากัน ก็ตอเม่ือ yx + = 3 และ yx −− = 5
นั่นคือ 3 = 5− ซ่ึงเปนไปไมได
ดังนั้น ไมมีจํานวนจริงคูใดที่แทน x และ y แลว ทําใหสมการเมทริกซที่กําหนดใหเปนจริง #
รานขายเส้ือผาแหงหนึ่งทําบันทึกรายการเส้ือและกางเกงที่ขายไดในเดือนมกราคม 2545 ดังนี้
รายการสินคา ขนาด S ขนาด M ขนาด L
เส้ือแขนส้ัน 11 28 8
เส้ือแขนยาว 8 20 5
กางเกงขาส้ัน 23 16 18
กางเกงขายาว 15 22 10
สมมุติวาในเดือนกุมภาพันธ 2545 รานขายเส้ือผาแหงนี้ขายสินคาทั้ง 4 ชนิดได ดังนี ้
รายการสินคา ขนาด S ขนาด M ขนาด L
เส้ือแขนส้ัน 10 25 18
เส้ือแขนยาว 15 20 22
กางเกงขาส้ัน 8 17 6
กางเกงขายาว 10 21 15
ถาตองการทราบวาในสองเดือน (มกราคมและกุมภาพันธ) รานขายเส้ือผาแหงนี้ ขายเส้ือและกางเกงแตละชนิดได
เทาไร ตองเอาจํานวนในตารางขางตนที่อยูในตําแหนงเดียวกันมาบวกกัน ซ่ึงจะไดผลลัพธ ดังนี ้
รายการสินคา ขนาด S ขนาด M ขนาด L
เส้ือแขนส้ัน 21 53 26
เส้ือแขนยาว 23 40 27
กางเกงขาส้ัน 31 33 24
กางเกงขายาว 25 43 25
การบวกเมทริกซ
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 7 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
ถาเขียนแสดงจํานวนเส้ือและกางเกงในเดือนมกราคมและเดือนกุมภาพันธ ดวยเมทริกซ A และ B ตามลําดับจะได
A =
102215181623520882811
และ B =
1521106178222015182510
ให C เปนเมทริกซที่ไดจากการบวกสมาชิกในตําแหนงเดียวกันของเมทริกซ A และ B จะได
C =
++++++++++++
1510212210156181716823
225202015818825281011
=
254325243331274023265321
จากตัวอยางขางตนจะเห็นวา ถาตองการบวกเมทริกซโดยบวกสมาชิกในตําแหนงเดียวกันเขาดวยกันแลว จะตอง
กําหนดสมบัติของเมทริกซที่บวกกันดวยวา เมทริกซทั้งคูตองมีมิติเดียวกัน และนิยามการบวกเมทริกซไดดังนี้
จากบทนิยามขางตนอาจเขียนในรูปสัญลักษณไดเปน
ถา A = nmij ]a[ × และ B = nmij ]b[ × แลว BA + = nmijij ]ba[ ×+
ตัวอยางที่ 4 กําหนดเมตริกซ A =
−
−
140312
และ B =
−
−
453210
จงหา A+B และ B +A
วิธีทํา A + B =
−
−
140312
+
−
−
453210
=
−++++−−+−+
)4(154302)3()1()1(02
=
−−
−
393122
#
B + A =
−
−
453210
+
−
−
140312
=
+−++−+−+−+
1)4(4503)3(2)1()1(20
=
−−
−
393122
#
ขอสังเกต ถา A และ B เปน nm× เมตริกซ จะไดวา ABBA +=+
ตัวอยางที่ 5 จงหาเมตริกซ A + B เม่ือ A =
−−
24033.01
และ B =
−
−
643021
วิธีทํา เนื่องจาก เมตริกซ A มีมิติเปน 2 × 3 และ เมตริกซ B มีมิติเปน 3 × 2
ดังนั้น จึงหา A + B ไมได เพราะ A และ B มีมิติตางกัน #
ในทํานองเดียวกันกับเร่ืองจํานวนจริง ซ่ึงเราทราบวา 5 − 3 หมายถึง 5 + (− 3) จะนิยามการลบของเมตริกซ
A , B ซ่ึงมีมีมิติเดียวกัน โดยอาศัยบทนิยามการบวกไดดังนี้
บทนิยาม
ถา A และ B เปน m × n เมตริกซ แลว A − B = A + (− B)
บทนิยาม
ถา A และ B ตางก็เปนเมทริกซที่มีมิติ m × n สามารถหาเมทริกซ BA + ไดโดยนําสมาชิกที่อยูในตําแหนง
เดียวกันของ A และ B มาบวกกันและเมทริกซ BA + จะมีมิติ m × n ดวย
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 8 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
หรือ ถา A = nmij ]a[ × และ B = nmij ]b[ ×
แลว BA − = nmijij ]b)1(a[ ×−+
= nmijij )]b(a[ ×−+
= nmijij ]ba[ ×−
ตัวอยางที่ 6 กําหนด A =
−−
7432
และ B =
−−
8594
จงหา A − B
A − B =
−−
7432
−
−−
8594
=
−−−−−−−−
)8(75493)4(2
=
−
−11
126 #
ถา A = nmij ]a[ × , B = nmij ]b[ × C = nmij ]c[ × และ nm]0[0 ×= แลว
1) สมบัติปด
BA + เปน nm× เมทริกซ
พิสูจน โดยบทนิยามของการบวก จะไดวา BA + = nmijnmij ]b[]a[ ×× +
= nmijij ]ba[ ×+ ; ija และ ijb เปนจํานวนจริง
2) กฎการสลับที่
BA + = AB +
พิสูจน BA + = nmij ]a[ × + nmij ]b[ ×
= nmijij ]ba[ ×+
= nmijij ]ab[ ×+
= nmij ]b[ × + nmij ]a[ ×
= AB+
3) กฎการเปลี่ยนกลุมได
C)BA( ++ = )CB(A ++
พิสูจน (A+B)+C = ( nmij ]a[ × + nmij ]b[ × ) + nmij ]c[ ×
= nmijij ]ba[ ×+ + nmij ]c[ ×
= nmijijij ]c)ba[( ×++
= nmijijij )]cb(a[ ×++
= nmij ]a[ × + nmijij ]cb[ ×+
= nmij ]a[ × + ( nmij ]b[ × + nmij ]c[ × )
= A + (B + C)
สมบัติ 3) ทําใหเราสามารถแทน )CB(A ++ ดวย CBA ++ โดยไมเกิดความสับสน
สมบตัิเกี่ยวกับการบวกเมทริกซ
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 9 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
4) สมบัติการมีเอกลักษณการบวก
AA00A =+=+
พิสูจน เพราะวา A+0 = nmnmij ]0[]a[ ×× + = nmij ]0a[ ×+ = nmij ]a[ × = A
และ 0+A = nmijnm ]a[]0[ ×× + = nmij ]a0[ ×+ = nmij ]a[ × = A
เรียก 0 วา เอกลักษณการบวกภายในเซตของ nm× เมทริกซ
5) สมบัติการมีตัวผกผันการบวก
A)A(0)A(A +−==−+
พิสูจน เพราะวา A + (−A) = A + (−1)A
= nmij ]a[ × + nmij ]a[ ×−
= nmijij ]aa[ ×−
= nm]0[ ×
= 0
(−A) + A = (−1)A + A
= nmij ]a[ ×− + nmij ]a[ ×
= nmijij ]aa[ ×+−
= nm]0[ ×
= 0
เรียก A− วา ตัวผกผันการบวกของ A
6) กฎการตัดออก
กฎการตัดออกทางซาย : ถา CABA +=+ แลว CB =
กฎการตัดออกทางขวา : ถา ACAB +=+ แลว CB =
พิสูจน กฎการตัดออกทางซาย
เพราะวา A = nmij ]a[ × ดังนั้นจะมี A− = nmij ]a[ ×− ซ่ึงทําให
AA+− = 0
BA+ = CA+ (กําหนดให)
)BA(A ++− = )CA(A ++− (สมบัติการบวกดวยส่ิงที่เทากัน)
B)AA( ++− = C)AA( ++− (กฎการเปล่ียนกลุมได)
B0+ = C0+ (สมบัติการมีตัวผกผันการบวก)
B = C (สมบัติการมีเอกลักษณการบวก)
กฎการตัดออกทางซาย
AB+ = AC+ (กําหนดให)
BA+ = CA+ (กฎการสลับที่)
B = C (กฎการตัดออกทางซาย)
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 10 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
กําหนด A =
4321
จะได A + A =
4321
+
4321
=
++++
44332211
=
8 6
4 2 =
2(4) 2(3)
2(2) 2(1)
จะเห็นวา A + A มีสมาชิกของแตละตําแหนงเปน 2 เทาของสมาชิกของ A ที่อยูในตําแหนงเดียวกัน และเรา
นิยมเขียนแทน A + A ดวย 2A ซ่ึงหมายถึง 2 คูณดวยเมทริกซ A
ดังนั้น 2A =
2(4) 2(3)
2(2) 2(1)
จากคําอธิบายขางตน ทําใหสามารถสรุปเปนกรณีทั่วไปไดวา
จากบทนิยาม จะไดวา kA =
−−−mn2m1m
n22221
n11211
kakaka
kakakakakaka
ตัวอยางที่ 7 กําหนด A =
654321
จงหา 4A , −3A และ 2
1A
วิธีทํา 1) 4A =
)6(4)5(4)4(4)3(4)2(4)1(4
=
2420161284
#
2) −3A =
−−−−−−
)6(3)5(3)4(3)3(3)2(3)1(3
=
−−−−−−181512963
#
3) 2
1A =
)6(2
1)5(
2
1)4(
2
1
)3(2
1)2(
2
1)1(
2
1
=
32
52
2
31
2
1
#
ตัวอยางที่ 8 กําหนดให A =
51
และ B =
−
23
จงหา C ถา 2A + 3C = B
วิธีทํา ให C =
21
11cc
เพราะวา 2A + 3C = B
ดังนั้น 2
51
+ 3
21
11cc
=
−
23
102
+
21
11c3c3
=
−
2
3
++
21
113c 103c2
=
−
2
3
บทนิยาม
ให A เปนเมทริกซขนาด m × n และ k เปนจํานวนจริง แลว kA คือ เมทริกซที่เกิดจากการนําจํานวนจริง k
ไปคูณกับสมาชิกทุกตัวของ A เรียก k วา สเกลาร (Scalar)
การคูณเมทริกซดวยจํานวนจริง
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 11 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
จากสมบัติของการเทากันของเมทริกซ จะไดวา
2 + 3c11 = −3 และ 10 + 3c21 = 2
3c11 = −5 และ 3c21 = − 8
c11 = 3
5− และ c21 =
3
8−
เพราะฉะนั้น C =
−
−
3
83
5
#
ถา A = nmij ]a[ × , B = nmij ]b[ × , nm]0[0 ×= และ c, d เปนจํานวนจริงใด ๆ แลว
1) AA1 =⋅
พิสูจน nmij ]a1[A1 ×⋅=⋅
nmij ]a[ ×=
A=
2) AA)1( −=−
พิสูจน nmij ]a)1[(A)1( ×⋅−=−
nmij ]a[ ×−=
A−=
3) 0A0 =⋅
พิสูจน nmij ]a0[A0 ×⋅=
nm]0[ ×=
0=
4) dAcAA)dc( +=+
พิสูจน nmij ]a)dc[(A)dc( ×⋅+=+
nmijij ]adac[ ×⋅+⋅=
nmijnmij ]da[]ca[ ×× +=
dAcA+=
สมบตัิเกี่ยวกับการคูณเมทริกซดวยจํานวนจริง
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 12 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
5) )cA(d)dA(cA)dc( ==⋅
พิสูจน nmij ]a)dc[(A)dc( ×⋅=⋅
nmij )]da(c[ ×=
nmij ]da[c ×=
)dA(c=
เพราะวา cddc ⋅=⋅ ดังนั้น ดวยวิธีการเดียวกันกับขางตน จะไดวา
A)cd(A)dc( ⋅=⋅
)cA(d=
นั่นคือ )cA(d)dA(cA)dc( ==⋅
6) cBcA)BA(c +=+
พิสูจน nmijij ]ba[c)BA(c ×+=+
nmijij )]ba(c[ ×+=
nmijij ]cbca[ ×+=
nmijnmij ]cb[]ca[ ×× +=
cBcA+=
7) )เมทริกซn(A...AAAnA ++++= เม่ือ n เปนจํานวนเต็มบวก
พิสูจน nmij ]an[nA ×⋅=
nm
พจนn
ijijijij ]a...aaa[ ×++++=
nmijnmijnmijnmij ]a[...]a[]a[]a[ ×××× ++++=
A...AAA ++++= ( n เมทริกซ)
8) 00c =
พิสูจน nm]0c[0c ×⋅=
nm]0[ ×=
0=
ตัวอยางที่ 9 ถา A เปนเมทริกซใด ๆ แลว จงพิสูจนวา A)A( =−−
พิสูจน )A)(1()A( −−=−−
]A)1)[(1( −−= (สมบัติ 2)
A)]1)(1[( −−= (สมบัติ 2)
A1= (สมบัติของจํานวนจริง)
A= (สมบัติ 1) #
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 13 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
ใหนักเรียนพิจารณาปญหาตอไปนี้
โรงเรียนแหงหนึ่งตองการที่จะนํานักเรียนไปทัศนศึกษา ณ จังหวัดประจวบคีรีขันธ ปรากฏวามีจํานวนนักเรียนและ
ครูที่ไปทัศนศึกษาในคร้ังนี้ ดังตารางตอไปนี้
จํานวน ครู นักเรียน
ชาย
หญิง
3
12
80
120
สําหรับคาใชจายตาง ๆ แยกเปนคาอาหาร คายานพาหนะ คาที่พัก ตอหนึ่งคน แสดงดังนี ้
คาใชจาย คาอาหาร(บาท) คายานพาหนะ(บาท) คาที่พัก(บาท)
ครู
นักเรียน
500
400
100
80
300
250
โรงเรียนจะตองใชเงินในการนํานักเรียนและครูไปทัศนศึกษาในคร้ังนี้ ดังนี้
คาอาหารสําหรับชาย เทากับ )40080()5003( ×+× = 33,500 บาท
คาอาหารสําหรับหญิง เทากับ )400120()50012( ×+× = 54,000 บาท
คายานพาหนะสําหรับชาย เทากับ )8080()1003( ×+× = 6,700 บาท
คายานพาหนะสําหรับหญิง เทากับ )80120()10012( ×+× = 10,800 บาท
คาที่พักสําหรับชาย เทากับ )25080()3003( ×+× = 20,900 บาท
คาที่พักสําหรับหญิง เทากับ )250120()30012( ×+× = 33,600 บาท
ซ่ึงสามารถเขียนแสดงโดยตารางได ดังนี ้
คาใชจาย คาอาหาร(บาท) คายานพาหนะ(บาท) คาที่พัก(บาท)
ชาย
หญิง
33,500
54,000
6,700
10,800
20,900
33,600
จากตัวอยาง ถาแทนตาราง 1 ดวยเมทริกซ A แทนตาราง 2 ดวยเมทริกซ B และแทนตาราง 3 หรือตารางผลลัพธ
ดวยเมทริกซ C จะได
A =
12012803
, B =
25080400300100500
และ C =
33600108005400020900670033500
กรณีนี้เมทริกซ C คือผลคูณของเมทริกซ A กับเมทริกซ B เขียนแทนดวย AB นั่นคือ C = AB
จากกรณีขางตนเราสามารถแสดงขั้นตอนการคูณกันระหวางเมทริกซกับเมทริกซไดดังนี้ ถา
AB = C
12012803
25080400300100500
=
232221
131211cccccc
การคูณเมทริกซดวยเมทริกซ
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 14 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
ตอไปนี้จะแสดงวิธีการหาคาสมาชิก cij ของเมทริกซ C ในแตละตําแหนง เชน
c11 หมายถึง การคูณสมาชิกแถวที่ 1 ของเมทริกซตัวต้ังกับหลักที่ 1 ของเมทริกซตัวคูณ แลวนํามาบวกกัน ดังนี้
c11 = )40080()5003( ×+× = 33,500
นั่นคือ
12012803
25080400300100500
=
×+×
232221
1312ccccc)40080()5003(
ในทํานองเดียวกัน
c12 = )8080()1003( ×+× = 6,700
c13 = )25080()3003( ×+× = 20,900
c21 = )400120()50012( ×+× = 54,000
c22 = )80120()10012( ×+× = 10,800
c22 = )250120()30012( ×+× = 33,600
ดังนั้น จะไดวา
12012803
25080400300100500
=
33600108005400020900670033500
จากตัวอยางขางตน จะเห็นวาในการคูณเมทริกซดวยเมทริกซ ตองคูณสมาชิกของเมทริกซเขาดวยกันเปนคู ๆ
แลวนําผลคูณมารวมกัน ดังนั้น จํานวนหลักของเมทริกซตัวต้ังกับจํานวนแถวของเมทริกซตัวคูณจึงตองเทากัน
จากตัวอยางการคูณเมทริกซดวยเมทริกซดังที่กลาวมาแลว ถา A เปน nm× เมทริกซ และ B เปน rn×เมทริกซ สามารถหา AB ได และ AB จะเปน rm× เมทริกซ
ตัวอยางที่ 10 จงหา AB และ BA เม่ือกําหนดให A =
201021
และ B =
123103
วิธีทํา AB =
2 0 10 2 1
1 23 10 3
=
++++++++
(2)(1) (0)(3) (1)(0) (2)(2) (0)(1) (1)(3)(0)(1) (2)(3) (1)(0) (0)(2) (2)(1) (1)(3)
=
2 76 5
#
BA =
1 23 10 3
2 0 10 2 1
=
+++++++++
(1)(2) (2)(0) (1)(0) (2)(2) (1)(1) (2)(1)(3)(2) (1)(0) (3)(0) (1)(2) (3)(1) (1)(1)(0)(2) (3)(0) (0)(0) (3)(2) (0)(1) (3)(1)
=
2 4 36 2 40 6 3
#
บทนิยาม
ถา nmij ]a[A ×= และ rnij ]b[B ×= ผลคูณของ A และ B หรือ AB คือ เมทริกซ rmij ]c[C ×= โดยที ่
njinj22ij11iij ba...babac +++=
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 15 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
ขอสังเกต จากตัวอยางจะเห็นวา
1. A เปน 32× เมทริกซ B เปน 23× เมทริกซ AB หาคาได และ AB เปน 22× เมทริกซ
2. B เปน 23× เมทริกซ A เปน 32× เมทริกซ BA หาคาได และ BA เปน 33× เมทริกซ
3. AB ≠ BA
ตัวอยางที่ 11 จงหา AB และ BA เม่ือกําหนดให A =
−
−2332
และ B =
1221
วิธีทํา AB =
−
−2332
1221
=
+−+−−+−+
)1)(2()2)(3()2)(2()1)(3()1)(3()2)(2()2)(3()1)(2(
=
−−
4114
#
BA =
1221
−
−2332
=
+−−++−−+
)2)(1()3)(2()3)(1()2)(2()2)(2()3)(1()3)(2()2)(1(
=
−−
4114
#
ขอสังเกต จากตัวอยางจะเห็นวา AB = BA
ตัวอยางที่ 12 จงหา AB และ BA เม่ือกําหนดให A =
0321
และ B =
807654
วิธีทํา AB =
0321
807654
=
++++++
)8)(0()6)(3()0)(0()5)(3()7)(0()4)(3()8(2)6)(1()0)(2()5)(1()7)(2()4)(1(
=
181512
22518
หา BA ไมได เพราะจํานวนหลักของ B ไมเทากับจํานวนแถวของ A #
ตัวอยางที่ 13 กําหนดให A =
−−
2231
, B =
−
−
042312101
, I 2 =
1001
และ B =
100010001
จงหา AI2 , I2A , BI3 และ I3B
วิธีทํา AI2 =
−−
2231
1001
=
−+++−+−
)1)(2()0(2)0)(2()1(2)1)(3()0)(1()0(3)1)(1(
=
−−
2231
= A #
ในทํานองเดียวกันจะไดวา
I2A =
1001
−−
2231
=
−−
2231
= A #
เอกสารประกอบการเรยีนวิชาคณติศาสตรเสริม 4(2) หนาที่ 16 ของจํานวน 63 หนา
หนวยการเรียนที ่1 เรื่อง เมทริกซ
โรงเรียนในเครอืคณะภคินีเซนตปอล เดอ ชารตร
BI3 =
−
−
042312101
100010001
=
−
−
042312101
= B #
I3B =
100010001
−
−
042312101
=
−
−
042312101
= B #
ขอสังเกต ถา A เปนเมทริกซจัตุรัสที่มีมิติเปน nn× เมทริกซ จะไดวา AIn = A = InA
ในการคูณเมทริกซบางคร้ังเราอาจคูณเมทริกซใด ๆ กับตัวเอง เชน เมทริกซ A คูณกับเมทริกซ A จะเขียนผลคูณ
ไดเปน AA และถาตองการเขียนผลคูณใหส้ันลงเปน 2A ในเมทริกซ จึงไดใหขอตกลงเก่ียวกับสัญลักษณดังกลาวดังตอไปนี้
สัญลักษณ ถา A เปน nn× เมทริกซ แลว จะให
1A หมายถึง A
kA หมายถึง 1kAA − เม่ือ k เปนจํานวนเต็มบวกที่มากกวา 1
ฉะนั้น จะไดวา
122 AAA −=
1AA=
AA=
133 AAA −=
2AA=
)AA(A=
ตัวอยางที่ 13 กําหนดให A =
3 02 1
จงหา 2A , 3A
วิธีทํา 1) 2A =
3 02 1
3 02 1
=
9 08 1
#
2) 3A = 2AA
=
3 02 1
9 08 1
=
27 026 1
#