Skalarmatrix - Mathematik

Auf dieser Seite finden Sie, was eine Skalarmatrix ist, und einige Beispiele für Skalarmatrizen, damit es perfekt verstanden wird. Darüber hinaus können Sie alle Eigenschaften von Skalarmatrizen und die Vorteile der Durchführung von Operationen mit ihnen erkennen. Abschließend erklären wir, wie man die Determinante einer Skalarmatrix berechnet und wie man diese Art von Matrix invertiert.

Was ist eine Skalarmatrix?

Eine Skalarmatrix ist eine Diagonalmatrix , bei der alle Werte auf der Hauptdiagonale gleich sind.

Dies ist die Definition einer Skalarmatrix, aber ich bin sicher, dass man sie anhand von Beispielen besser verstehen kann: 😉

Beispiele für Skalar-Arrays

Beispiel einer Skalarmatrix der Ordnung 2×2

Beispiel einer Skalarmatrix der Dimension 2x2

Beispiel einer 3×3-Skalarmatrix

Beispiel einer Skalarmatrix der Dimension 3x3

Beispiel einer Skalarmatrix der Größe 4×4

Beispiel einer Skalarmatrix der Dimension 4x4

Eigenschaften von Skalarmatrizen

Die Skalarmatrix ist auch eine Diagonalmatrix, Sie werden also sehen, dass sie viele Merkmale dieser Matrixklasse erbt:

Alle Skalarmatrizen sind auch symmetrische Matrizen .

Eine Skalarmatrix ist sowohl eine obere Dreiecksmatrix als auch eine untere Dreiecksmatrix .

Die Identitätsmatrix ist eine Skalarmatrix.

Jede Skalarmatrix kann aus dem Produkt einer Identitätsmatrix und einer Skalarzahl erhalten werden.

$4 \cdot \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 1 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 4 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 4 \end{pmatrix}$

Die Nullmatrix ist ebenfalls eine Skalarmatrix.

Die Eigenwerte (oder Eigenwerte) einer Skalarmatrix sind die Elemente ihrer Hauptdiagonale. Daher sind ihre Eigenwerte immer gleich und werden so oft wiederholt, wie die Dimension der Matrix.

$\begin{pmatrix} 8 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 8 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 8 \end{pmatrix} \longrightarrow \ \lambda = 8 \ ; \ \lambda = 8 \ ; \ \lambda = 8$

Der Adjungierte einer Skalarmatrix ist eine andere Skalarmatrix. Darüber hinaus sind die Werte der Hauptdiagonalen der angehängten Matrix immer diejenigen der ursprünglichen Matrix, erhöht auf die Matrixordnung – 1 .

$\displaystyle A=\begin{pmatrix} 5 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 5 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 5 \end{pmatrix} \longrightarrow \text{Adj}(A)=\begin{pmatrix} 5^{3-1} & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 5^{3-1} & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 5^{3-1} \end{pmatrix}= \begin{pmatrix} 25 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 25 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 25 \end{pmatrix}$

Operationen mit Skalarmatrizen

Einer der Gründe, warum Skalarmatrizen in der linearen Algebra so häufig verwendet werden, ist die einfache Durchführung von Berechnungen. Deshalb sind sie in der Mathematik so wichtig.

Sehen wir uns also an, warum es so einfach ist, Berechnungen mit dieser Art von quadratischer Matrix durchzuführen:

Addition und Subtraktion von Skalarmatrizen

Das Addieren (und Subtrahieren) zweier Skalarmatrizen ist sehr einfach: Addieren (oder subtrahieren) Sie einfach die Zahlen auf den Hauptdiagonalen. Zum Beispiel:

$\displaystyle \begin{pmatrix} 4 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 4 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 4 \end{pmatrix} +\begin{pmatrix} 3 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 3 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 7& 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 7 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 7 \end{pmatrix}$

Skalarmatrixmultiplikation

Um eine Multiplikation oder ein Matrixprodukt zwischen zwei Skalarmatrizen zu lösen, multiplizieren Sie ähnlich wie bei der Addition und Subtraktion einfach die Elemente der Diagonalen zwischen ihnen. Zum Beispiel:

$\displaystyle \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 2 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} \cdot\begin{pmatrix} 6 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 6 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 12 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 12 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 12 \end{pmatrix}$

Leistung skalarer Matrizen

Auch die Berechnung der Potenz einer Skalarmatrix ist sehr einfach: Man muss jedes Element der Diagonale auf den Exponenten erhöhen. Zum Beispiel:

 *** QuickLaTeX cannot compile formula:
\displaystyle\left. \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 2 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 2 \end{pmatrix}\right.^4=\begin{pmatrix} 2^ 4 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 2^

*** Error message:
Missing $ inserted.
leading text: \displaystyle
Missing { inserted.
leading text: \end{document}
\begin{pmatrix} on input line 9 ended by \end{document}.
leading text: \end{document}
Improper \prevdepth.
leading text: \end{document}
Missing $ inserted.
leading text: \end{document}
Missing } inserted.
leading text: \end{document}
Missing } inserted.
leading text: \end{document}
Missing \cr inserted.
leading text: \end{document}
Missing $ inserted.
leading text: \end{document}
You can't use `\end' in internal vertical mode.
leading text: \end{document}
\begin{pmatrix} on input line 9 ended by \end{document}.
leading text: \end{document}
Missing } inserted.
leading text: \end{document}
Missing \right. inserted.
leading text: \end{document}

& 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 2^4 \end{pmatrix}= \begin{pmatrix} 16 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 16 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 16 \end{pmatrix}

$<div class="adsb30" style=" margin:px; text-align:"></div> <h2 class="wp-block-heading"> Déterminant d’une matrice scalaire</h2> <p> Calculer le <strong>déterminant d’une matrice scalaire</strong> revient à résoudre le déterminant d’une matrice diagonale : le résultat est le produit des éléments sur la diagonale principale.“ title=“Rendered by QuickLaTeX.com“ height=“106″ width=“582″ style=“vertical-align: -4px;“></p> <p> \displaystyle \text{det}(A)= \prod_{i =1}^n a_i</p> <p class=$ $Regardez l'exercice résolu suivant dans lequel on trouve le déterminant d'une matrice scalaire en multipliant les éléments de sa diagonale principale :$

\displaystyle \begin{vmatrix} 7 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 7 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 7 \end{vmatrix} = 7 \cdot 7 \cdot 7 = \bm {343}

$En fait, puisque tous les éléments de la diagonale principale d'une matrice scalaire sont toujours égaux, pour trouver le résultat du déterminant, il suffit d'augmenter le numéro de la diagonale principale du nombre de fois qu'elle est répétée. Par conséquent, l'exercice précédent peut également être résolu de la manière suivante :$

\displaystyle \begin{vmatrix} 7 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 7 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 7 \end{vmatrix} = 7^3= \bm{343}

$Démontrer ce théorème est très simple : il suffit de calculer le déterminant d'une matrice scalaire par blocs (ou cofacteurs). Vous trouverez ci-dessous la <strong>démonstration</strong> de la formule utilisant une matrice scalaire générique :“ title=“Rendered by QuickLaTeX.com“ height=“62″ width=“1060″ style=“vertical-align: -4px;“></p> <p> \begin{aligned} \begin{vmatrix} a & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & a & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & a \end{vmatrix}& = a \cdot \begin{ vmatrix} a & 0 \\[1.1ex] 0 & a \end{vmatrix} – 0 \cdot \begin{vmatrix} 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & a \end{vmatrix} + 0 \cdot \ begin{vmatrix} 0 & a \\[1.1ex] 0 & 0 \end{vmatrix} \\[2ex] & =a \cdot (a\cdot a) – 0 \cdot 0 + 0 \cdot 0 \\[ 2ex] & = a \cdot a \cdot a \\[2ex] & = a^3 \end{aligned}</p> <p class=$ $Dans ce cas ça donne$

a^3

$car la matrice est d'ordre 3, mais il faut toujours l'élever à l'ordre de la matrice. <div class="adsb30" style=" margin:12px; text-align:center"> <div id="ezoic-pub-ad-placeholder-118"></div> </div> <h2 class="wp-block-heading"> Inverser une matrice scalaire</h2> <p> Une matrice scalaire <strong>est inversible si, et seulement si, tous les éléments de la diagonale principale sont différents de 0</strong> . Dans ce cas on dit que la matrice scalaire est une matrice régulière. De plus, l’inverse d’une matrice scalaire sera toujours une autre matrice scalaire avec les <strong>inverses</strong> de la diagonale principale :“ title=“Rendered by QuickLaTeX.com“ height=“174″ width=“1250″ style=“vertical-align: -5px;“></p> <p> \displaystyle A= \begin{pmatrix} 9 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 9 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 9 \end{pmatrix} \ \longrightarrow \ A^{-1 }=\begin{pmatrix} \frac{1}{9} & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & \frac{1}{9} & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & \frac{ 1}{9} \end{pmatrix}</p> <p class=$ $D'autre part, de la caractéristique précédente, on peut déduire que le déterminant d'une matrice scalaire inversée est le résultat de la multiplication des inverses de la diagonale principale :$

\displaystyle B= \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\[1.1ex] 0 & 2 & 0 \\[1.1ex] 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} \displaystyle\left| B^{-1}\right|=\cfrac{1}{2} \cdot \cfrac{1}{2} \cdot \cfrac{1}{2}=\cfrac{1}{8} = $0,125

Skalare matrix