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表現行列

線形写像

学年の目安(日本): 大学2年

学ぶこと

基底を指定することで線形写像を行列として表す表現行列を学びます。抽象的な写像の性質を行列計算として具体的に扱う際に重宝します。線形写像の定義や基底の理解を前提とします。

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要点

ベクトルの変換(線形写像 ff)を、行列 AA の掛け算として計算できることを表す式です。基準となる基底をあらかじめ決めておくことで、空間の変換を行列の計算として扱えます。

f(x)=Axf(\boldsymbol{x}) = A \boldsymbol{x}

表現行列 AA を具体的に作るための式です。入力側の基準ベクトル vj\boldsymbol{v}_j を写像 ff で送った先を、出力側の基準ベクトル wi\boldsymbol{w}_i で表したときの係数 aija_{ij} が、行列の第 jj 列になります。

f(vj)=∑i=1maijwif(\boldsymbol{v}_j) = \sum_{i=1}^m a_{ij} \boldsymbol{w}_i

基準となる基底を取り替えたときに、表現行列がどう変わるかを表す式です(基底の変換)。新しい表現行列 BB は、元の行列 AA の前後に基底変換の行列 PP とその逆行列 P−1P^{-1} を挟んで掛け合わせて求めます。

B=P−1APB = P^{-1} A P

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