في الرياضيات، المصفوفة هي مجموعة مستطيلة من الأعداد منتظمة بشكل أعمدة وأسطر.
تعتبر المصفوفات من إحدى أهم مفاتيح الجبر الخطي. فيمكن أن تستخدم المصفوفات في حل النقل الخطي. يتوافق ضرب المصفوفات مع النقل الخطي الدالة المركبة. كما يمكن للمصفوفات تتبع المعاملات في نظام المعادلات الخطية
يمكن تعريف المصفوفة عامة على أنها دالة رياضية خطية تحول مجموعة بداية أي انطلاق (مجال) إلى مجموعة وصول أو نهاية (مدى). مجموعة الانطلاق والوصول يمكن أن تكون متكونة من أعداد صحيحة أو عقدية أو أشعة من الأعداد كما يمكن أن تكون هاتان المجموعتان متكونة بدورها من دالات رياضية أو أشعة دالات رياضية. ويمكن أن نرمز للمصفوفة بمعقفين يكتب بينهما عناصر المصفوفة كما هو مبين أسفله:
حيث
محتويات
|
المصفوفة كتابع
إن مصفوفة من الشكلإن
التعريف
تعرف المصفوفة هي تنظيم مستطيل الشكل لمجموعة من الاعداد على هيئة صفوف واعمدة محصورة بين قوسين.[1] على سبيل المثال:أما المصفوفة ذات العمود الواحد تحدد بالشكل (m × 1 مصفوفة) وتعرف باسم متجه عمودي. بينما المصفوفة المؤلفة من صف وحيد و n عمود تحدد بالشكل (a 1 × n مصفوفة) وتعرف باسم متجه صفي .[2]
العمليات على المصفوفات
الجمع
.[2]
فعلى سبيل المثال إذا كان
ِ
فإن
الضرب
ضرب مصفوفة وحيدة العنصر مع مصفوفة متعددة العناصر
نضرب العنصر الوحيد مع كل عنصر من عناصر المصفوفة، وتكون النتيجة، مصفوفة جديدة، تحوي العدد نفسه من العناصر.ضرب مصفوفة في مصفوفة
- يجب في البداية أن نعلم أن ضرب المصفوفات غير تبديلي.
- من أجل إيجاد ناتج ضرب مصفوفتين (وهو مصفوفة)، يجب أن يتحقق الشرط التالي:
بفرض A مصفوفة من الشكل a x b، وB مصفوفة من الشكل c x d، فمن أجل إيجاد
سنبدأ في البداية بضرب مصفوفة وحيدة السطر مع مصفوفة وحيدة العمود، فبفرض A وB مصفوفتان، حيث:
فيكون:
ونلاحظ أن المصفوفة الناتجة هي مصفوفة وحيدة العنصر، وبالتالي، فإن ضرب مصفوفة وحيدة السطر مع مصفوفة وحيدة العمود ينتج مصفوفة وحيدة العنصر.
أما عند ضرب مصفوفتين متعددتي العناصر (وبفرض تحقق شروط الضرب)، فعندئذ، نقوم بتقسيم المصفوفة الأولى إلى سطور، والثانية إلى أعمدة، ونقوم بضرب الصف الأول بالعمود الأول (والنتيجة هي العنصر a_11 من النتيجة)، ثم نقوم بضرب الصف الأول مرة أخرى بالعمود الثاني (والنتيجة هي العنصر a_12 من النتيجة، وهكذا.
أمثلة على الضرب
مثال توضيحي بالرموز:بفرض:
فيكون:
مثال بالأرقام:
منقول مصفوفة
يعرف منقول المصفوفة بأنه المصفوفة الناتجة عن المصفوفة Amxn بعد أن يتم تبديل الأعمدة بالأسطر وبالتالي تصبح Anxm ويرمز لها بالرمز AT. يلاحظ أن العنصر الذي يقع في الصف i والعمود j في المصفوفة A، سيقع في الصف j والعمود i في منقول المصفوفة. .[3]كمثال على منقول المصفوفة: المصفوفة A = ::
من خواص منقول المصفوفة:[4]
- منقول مجموع مصفوفتين هو مجموع منقول هاتين المصفوفتين أي أن :
- إن منقول حاصل ضرب مصفوفتين يساوي حاصل ضرب المصفوفتين بشكل معاكس لمنقولهما أي:
معكوس المصفوفة
تدعى المصفوفة A مصفوفة قابلة للعكس إذا وجدت مصفوفة B تحقق العلاقة التالية:
- AB = In
و يكون بالتالي معكوس المصفوفة المربع ذات الدرجة الثاني :
- معكوكس معكوس مصفوفة هو المصفوفة الأصلية نفسها أي:
- منقول معكوس مصفوفة يساوي إلى معكوس منقول المصفوفة أي:
- معكوس جداء مصفوفتين يساوي إلى حاصل ضرب معكوس المصفوفة الثانية في معكوس المصفوفة الأولى أي:
مثال على تحويل من مجموعة انطلاق إلى مجموعة وصول
لنعتبر مثلا الشعاع التالي:و المصفوفة التالية:
عملية تحويل الشعاع تتم على نحو النحو التالي:
وهكذا نكون قد حولنا شعاعا V ينتمي إلى
كما يمكن اعتبار المصفوفات نوعا خاصا من التنسورات ألا وهي التنسورات من الدرجة الثانية
حساب المحدد
حساب قيمة محدد الدرجة الثالثة: هناك طريقتان لحساب محدد مصفوفة من الدرجة الثالثةالطريقة الأولى: 1. نكرر كتابة العمود الأول والثاني على الترتيب بعد العمود الثالث. 2. نكون مجموع حاصل ضرب العناصر الواقعة على الخطوط المستقيمة المتجهة من اليسار إلى اليمين ونطرح منه مجموع حاصل ضرب العناصر الواقعة على الخطوط المستقيمة المتجهة من اليمين إلى اليسار.
توضيح
a11 a12 a13 a11 a12
a21 a22 a23 a21 a22
a31 a32 a33 a31 a32
الطريقة الثانية:
ملحوظة: الطريقة الأولى لا تصلح للتطبيق على محددات المصفوفات حيث بينما الطريقة الثانية يمكن تعميمها على محدد أي مصفوفة مع الاستفادة من خواص المحددات السابقة للتقليل من العمليات الحسابية.
الفك عن طريق المتعاملات: إذا كانت مصفوفة من الدرجة نفرض أن هي المصفوفة الناتجة من المصفوفة A بعد حذف الصف رقمi والعمود رقم j في لمصفوفة A المحدد تسمى المحددة الصغرى للعنصر ويعرف متعامل العنصر بأنه
ولأي مصفوفة مربعة يتحقق الآتي مجموع حاصل ضرب عناصر أي صف أو عمود في متعاملاتها يعطي قيمة المحدد أي انه إذا كانت مصفوفة من الدرجة فان 1. ويسمى مفكوك المحدد حول الصف رقم i
2. 3. ويسمى مفكوك الصف حول العمود
بالنسبة للمصفوفات التي تكون من الدرجة الرابعة أو أكثر يستحسن تحويلها إلى مصفوفة مثلثية لتبسيط حساب المحدد وبالتالي يصبح يساوي جداء عناصر القطر الرئيسي للمصفوفة المثلثية الجديدة
حساب القيمة المطلقة لمصفوفة
يتم حساب القيمة المطلقة للمحدده اعتمادا على قيمه المحددالمعادلات الخطية
إذا وضع عدد من المتغيرات x في متجه عمودي حيث n عدد المتغيرات وبذلك يتكون المتجه من المتغيرات x2,..., xn, و A مصفوفة ذات قياس nxm بحيث تتألف مدخلات المصفوفة من ثوابت المتغيرات, و b متجه عمودي يتألف من ثوابت المعادلات فإن:- Ax = b
- a1,1x1 + a1,2x2 +... + a1,nxn = b1
- am,1x1 + am,2x2 +... + am,nxn = bm.[7]
النقل الخطي
المصفوفة المربعة
المصفوفة المربعة هي مصفوفة تحوي نفس العدد من الأسطر والأعمدة. فالمصفوفة- AB = In
-
- المصفوفة المنفردة :
-
- نظرية :
التاريخ
للمصفوفات تاريخ طويل في استخدامها في حل المعادلات الخطية. فأقدم شكل لاستخدام المصفوفات في حل المعادلات كان نص صيني يدعى الفصول التسع في الرياضيات, كما تضمن مبدأ المحددات والذي يرجع تاريخه إلى ما بين 300 قبل الميلاد إلى 200 ميلادي ,[8] في سنة 1683 نشر بحث عن المصفوفات من قبل الرياضي الياباني سيكي تاكازاو. بعد ذلك نشر بحوث متعلقة بالمصفوفات العالم الألماني جوتفريد لايبنتز في سنة 1693. ومن ثم نشر غابرييل كرامر قواعده في الحساب سنة 1750.ركزت نظريات المصفوفات المبكرة على دور المحددات بدلا عن المصفوفات بشكل مستقل. ولم يظهر مفهوم المصفوفة بشكل مستقل حتى وقت حديث, في سنة 1858 مع أرثور كايلي ونظرياته حول المصفوفات.[9][10]
نظرية المصفوفات هي فرع الرياضيات الذي يركز على دراسة المصفوفات. فعليا يعتبر أحد فروع الجبر الخطي, ثم نمى ليغطي موضوعات ذات علاقة بنظرية المخططات والجبر, والتوافقيات والإحصاء.
المصفوفة تمثل منظومة (array) مربعة (rectangular) من الأرقام. تم ابتكار مصطلح المصفوفة لاول مرة في سنة 1848 عن طريق جى.جى.سلفستر كإٍسم لمجموعة مرتبة من الأرقام. في 1855, قدم ارثر كايلي المصفوفة على أنها تمثيل لعناصر خطية. هذه الفترة اعتبرت بداية الجبر الخطى ونظرية المصفوفات. دراسة فضاء المتجه على المجال المحدد, فرع من الجبر الخطى يفيد في نظرية التشفير, يقود طبيبعيا إلى دراسة واستخدام المصفوفات عن المجال المحدد في نظرية التشفير.
الوحدة هو تعميم لفضاء المتجه. من الممكن اعتباره فضاء المتجه على حلقة. وهذا يؤدى إلى دراسة المصفوفات حول الحلقة. نظرية المصفوفات في هذه المنطقة لا تعتبر فرع من الجبر الخطى. بين النتائج الموجودة ضمن نظريات مفيدة ونظرية كايلى هاملتون تكون قابلة إذا كانت الحلقة الواقعة تبادلية, شكل سميث الطبيعي قابل لو كانت الحلقة الواقعة هي مجال مثالى رئيسي, لكن الآخرين قابلين فقط للمصفوفات ذات الأرقام المركبة أو الأرقام الحقيقية.
تعريفها
تعرف المصفوفة بانها جدول من العناصر هذه العناصر التي تحتويها المصفوفة قد تكون اعدادا حقيقيه أو اعداد مركبه وقد تكون دوال وهي صورة رياضية لوضع الأرقام في جدول.حيز المصفوفة
هو عدد الصفوف والأعمدة المكونة لهذه المصفوفة التي تحتوى على من M الصفوف وN من الأعمدة والحيز m*n وتكتب (A (m*nأنواعها
- الأولى* مصفوفه العمود.
- المصفوفة المربعة.
- المصفوفة المثلثية العليا.
- المصفوفة المثلثية السفلى.
- المصفوفة الصفرية.
- المصفوفة القطرية.
- مصفوفه الوحدة.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق