Versione italiana
Esercizi sulle Operazioni tra Matrici
Concetti Chiave
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Definizione di Matrice:
Una matrice è un insieme di numeri disposti in righe e colonne. Una matrice di dimensione m \times nm×n ha mm righe e nn colonne.
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Tipi di Operazioni tra Matrici:
- Somma di Matrici: Due matrici possono essere sommate se hanno le stesse dimensioni. La somma si ottiene sommando gli elementi corrispondenti.
- Differenza di Matrici: Simile alla somma, la differenza si ottiene sottraendo gli elementi corrispondenti.
- Prodotto di Matrici: Il prodotto di due matrici AA (dimensione m \times nm×n) e BB (dimensione n \times pn×p) è una matrice CC (dimensione m \times pm×p) i cui elementi sono dati da:
C_{ij} = \sum_{k=1}^{n} A_{ik} B_{kj}Cij​=k=1∑n​Aik​Bkj​
- Prodotto per uno Scalare: Moltiplicare una matrice per uno scalare significa moltiplicare ogni elemento della matrice per quel numero.
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Matrice Identità:
La matrice identità I_nIn​ è una matrice quadrata di dimensione nn con 1 sulla diagonale principale e 0 altrove. Ha la proprietà che, per ogni matrice AA di dimensione n \times nn×n:
A \cdot I_n = I_n \cdot A = A
A⋅In​=In​⋅A=A
Esercizi
Esercizio 1: Somma di Matrici
Problema: Calcola la somma delle matrici AA e BB dove:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(57​68​)
Soluzione:
- Somma gli elementi corrispondenti:
A + B = \begin{pmatrix} 1 + 5 & 2 + 6 \\ 3 + 7 & 4 + 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 & 8 \\ 10 & 12 \end{pmatrix}A+B=(1+53+7​2+64+8​)=(610​812​)
Esercizio 2: Differenza di Matrici
Problema: Calcola la differenza delle matrici AA e BB dove:
A = \begin{pmatrix} 9 & 8 \\ 7 & 6 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}A=(97​86​),B=(13​24​)
Soluzione:
- Sottrai gli elementi corrispondenti:
A - B = \begin{pmatrix} 9 - 1 & 8 - 2 \\ 7 - 3 & 6 - 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 & 6 \\ 4 & 2 \end{pmatrix}A−B=(9−17−3​8−26−4​)=(84​62​)
Esercizio 3: Prodotto di Matrici
Problema: Calcola il prodotto delle matrici AA e BB dove:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(57​68​)
Soluzione:
- Calcola il prodotto:
C = A \cdot B = \begin{pmatrix} 1 \cdot 5 + 2 \cdot 7 & 1 \cdot 6 + 2 \cdot 8 \\ 3 \cdot 5 + 4 \cdot 7 & 3 \cdot 6 + 4 \cdot 8 \end{pmatrix}C=A⋅B=(1⋅5+2⋅73⋅5+4⋅7​1⋅6+2⋅83⋅6+4⋅8​)
= \begin{pmatrix} 5 + 14 & 6 + 16 \\ 15 + 28 & 18 + 32 \
\end{pmatrix}=(5+1415+28​6+1618+32 ​)
= \begin{pmatrix} 19 & 22 \\ 43 & 50 \end{pmatrix}=(1943​2250​)
Esercizio 4: Prodotto di una Matrice per uno Scalare
Problema: Calcola il prodotto della matrice AA per lo scalare k = 3k=3 dove:
A = \begin{pmatrix} 4 & -2 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}A=(41​−20​)
Soluzione:
- Moltiplica ogni elemento della matrice per 33:
kA = 3 \cdot A = \begin{pmatrix} 3 \cdot 4 & 3 \cdot -2 \\ 3 \cdot 1 & 3 \cdot 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 12 & -6 \\ 3 & 0 \end{pmatrix}kA=3⋅A=(3⋅43⋅1​3⋅−23⋅0​)=(123​−60​)
Esercizio 5: Verifica della Proprietà della Matrice Identità
Problema: Verifica che la matrice identità II moltiplicata per la matrice AA restituisce AA stessa, dove:
I = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad A = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}I=(10​01​),A=(24​35​)
Soluzione:
- Calcola il prodotto I \cdot AI⋅A:
I \cdot A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}I⋅A=(10​01​)⋅(24​35​)
= \begin{pmatrix} 1 \cdot 2 + 0 \cdot 4 & 1 \cdot 3 + 0 \cdot 5 \\ 0 \cdot 2 + 1 \cdot 4 & 0 \cdot 3 + 1 \cdot 5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}=(1⋅2+0⋅40⋅2+1⋅4​1⋅3+0⋅50⋅3+1⋅5​)=(24​35​)
- Quindi, I \cdot A = AI⋅A=A.
Esercizio 6: Somma di Matrici di Dimensioni Diverse (Errore)
Problema: Prova a sommare le matrici AA e BB dove:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 & 7 \\ 8 & 9 & 10 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(58​69​710​)
Soluzione:
- Nota che le matrici AA e BB hanno dimensioni diverse (AA è 2 \times 22×2 e BB è 2 \times 32×3).
- Non è possibile sommarle, quindi l'operazione è non definita.
English version
Matrix Operations Exercises
Key Concepts
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Definition of Matrix:
A matrix is ​​a set of numbers arranged in rows and columns. A matrix of size m \times nm×n has mm rows and nn columns.
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Types of Matrix Operations:
- Matrix Addition: Two matrices can be added if they have the same dimensions. The sum is obtained by adding the corresponding elements.
- Matrix Difference: Similar to the addition, the difference is obtained by subtracting the corresponding elements.
- Matrix Product: The product of two matrices AA (size m \times nm×n) and BB (size n \times pn×p) is a matrix CC (size m \times pm×p) whose elements are given by:
C_{ij} = \sum_{k=1}^{n} A_{ik} B_{kj}Cij​=k=1∑n​Aik​Bkj​
- Scalar Product: Multiplying a matrix by a scalar means multiplying each element of the matrix by that number.
- Identity Matrix:
The identity matrix I_nIn​ is a square matrix of size nn with 1 on the main diagonal and 0 elsewhere. It has the property that, for any matrix AA of size n \times nn×n:
A \cdot I_n = I_n \cdot A = A
A⋅In​=In​⋅A=A
Exercises
Exercise 1: Matrices Sum
Problem: Calculate the sum of matrices AA and BB where:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(57​68​)
Solution:
- Add the corresponding elements:
A + B = \begin{pmatrix} 1 + 5 & 2 + 6 \\ 3 + 7 & 4 + 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 6 & 8 \\ 10 & 12 \end{pmatrix}A+B=(1+53+7​2+64+8​)=(610​812​)
Exercise 2: Difference of Matrices
Problem: Calculate the difference of matrices AA and BB where:
A = \begin{pmatrix} 9 & 8 \\ 7 & 6 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}A=(97​86​),B=(13​24​)
Solution:
- Subtract the corresponding elements:
A - B = \begin{pmatrix} 9 - 1 & 8 - 2 \\ 7 - 3 & 6 - 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 & 6 \\ 4 & 2 \end{pmatrix}A−B=(9−17−3​8−26−4​)=(84​62​)
Exercise 3: Product of Matrices
Problem: Calculate the product of matrices AA and BB where:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 \\ 7 & 8 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(57​68​)
Solution:
- Calculate the product:
C = A \cdot B = \begin{pmatrix} 1 \cdot 5 + 2 \cdot 7 & 1 \c dot 6 + 2 \cdot 8 \\ 3 \cdot 5 + 4 \cdot 7 & 3 \cdot 6 + 4 \cdot 8 \end{pmatrix}C=A⋅B=(1⋅5+2⋅73⋅5+4⋅7​1d¸​ot6+2⋅83⋅6+4⋅8​)
= \begin{pmatrix} 5 + 14 & 6 + 16 \\ 15 + 28 & 18 + 32 \ \end{pmatrix}=(5+1415+28​6+1618+32 ​)
= \begin{pmatrix} 19 & 22 \\ 43 & 50 \end{pmatrix}=(1943​2250​)
Exercise 4: Product of a Matrix and a Scalar
Problem: Calculate the product of the matrix AA and the scalar k = 3k=3 where:
A = \begin{pmatrix} 4 & -2 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}A=(41​−20​)
Solution:
- Multiply each element of the matrix by 33:
kA = 3 \cdot A = \begin{pmatrix} 3 \cdot 4 & 3 \cdot -2 \\ 3 \cdot 1 & 3 \cdot 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 12 & -6 \\ 3 & 0 \end{pmatrix}kA=3⋅A=(3⋅43⋅1​3⋅−23⋅0​)=(123​−60​)
Exercise 5: Verification of the Property of Identity Matrix
Problem: Verify that the identity matrix II multiplied by the matrix AA returns AA itself, where:
I = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad A = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}I=(10​01​),A=(24​35​)
Solution:
- Compute the product I \cdot AI⋅A:
I \cdot A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}I⋅A=(10​01​)⋅(24​35​)
= \begin{pmatrix} 1 \cdot 2 + 0 \cdot 4 & 1 \cdot 3 + 0 \cdot 5 \\ 0 \cdot 2 + 1 \cdot 4 & 0 \cdot 3 + 1 \cdot 5 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 4 & 5 \end{pmatrix}=(1⋅2+0⋅40⋅2+1⋅4​1⋅3+0⋅50⋅3+1⋅5​)=(24​35​)
- So, I \cdot A = AI⋅A=A.
Exercise 6: Adding Matrices of Different Sizes (Error)
Problem: Try adding matrices AA and BB where:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 5 & 6 & 7 \\ 8 & 9 & 10 \end{pmatrix}A=(13​24​),B=(58​69​710​)
Solution:
- Note that matrices AA and BB have different sizes (AA is 2 \times 22×2 and BB is 2 \times 32×3).
- You cannot add them, so the operation is undefined.
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