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(2 × 2) · (2 × 2) da una matriz de (2 × 2): las columnas de la primera y las filas de la segunda coinciden y desaparecen.
Pulsa otro elemento del resultado. En el producto se resalta la fila de la primera matriz y la columna de la segunda, y se multiplican de dos en dos y se suman.
AB ≠ BA: por ejemplo, en c₁₁ una da 2 y la otra 3.
Con números, 2 · 3 = 3 · 2. Con matrices no siempre: el producto no es conmutativo.
Suma de matrices
Dos matrices se suman sumando los elementos que ocupan la misma posición. Por eso solo se pueden sumar matrices del mismo tamaño.
- 1Ejemplo resuelto. Las dos matrices son de 2 × 3, así que se pueden sumar.
- 2Se suma cada elemento con el de su misma posición: 1 + 2, 2 + 0, 0 + 5 en la primera fila y 3 + (−1), (−1) + 1, 4 + 2 en la segunda.
Para qué sirve. Sumar matrices es sumar tablas de datos posición a posición: las ventas de dos tiendas, dos imágenes (cuadrículas de píxeles) o dos transformaciones lineales a la vez.
Producto por un escalar
Un escalar es un número (aquí λ ∈ K). Multiplicar una matriz por un escalar es multiplicar todos sus elementos por ese número.
- 1Ejemplo resuelto: multiplicar por 3 la matriz A.
- 2Cada elemento se multiplica por 3.
Para qué sirve. Sirve para cambiar la escala (subir todos los precios un 10 %, aclarar una imagen) y, junto con la suma, para combinar matrices: 2A − 3B es una combinación de dos matrices.
Propiedades de la suma y del producto por un escalar
Sean λ, μ ∈ K números y A, B, C matrices del mismo tamaño n × m. Como todo se hace elemento a elemento, se cumplen las mismas reglas que con los números.
Para qué sirve. Garantizan que se puede reordenar, agrupar y despejar con matrices igual que con números, siempre que solo se sume y se multiplique por escalares. Por ejemplo, de A + X = B se obtiene X = B − A.
Multiplicar matrices: fila por columna
Multiplicar matrices es más delicado que sumarlas. La pieza básica es multiplicar una fila por una columna que tengan el mismo número de elementos.
- 1Ejemplo resuelto. A es de 2 × 3 y B de 3 × 2: las columnas de A (3) coinciden con las filas de B (3), así que se puede multiplicar y el resultado es de 2 × 2.
- 2c₁₁: fila 1 de A por columna 1 de B.
- 3c₁₂: fila 1 de A por columna 2 de B.
- 4c₂₁: fila 2 de A por columna 1 de B.
- 5c₂₂: fila 2 de A por columna 2 de B.
- 6Se junta todo en la matriz producto.
Tamaño del producto: (n × p)(p × m) = n × m
Para multiplicar, las columnas de A deben coincidir con las filas de B; el resultado toma las filas de A y las columnas de B.
Ver demostraciónEl producto de matrices: fila por columna
Cada elemento de AB es la fila de A por la columna de B: suma de productos.
Ver demostraciónPara qué sirve. El producto de matrices compone transformaciones (aplicar una y luego otra), calcula totales (precios por cantidades) y permite escribir un sistema de ecuaciones como AX = b. Por eso se define de forma tan particular.
Propiedades del producto de matrices
El producto cumple casi todas las reglas de los números, con una excepción muy importante: el orden de los factores sí importa.
Propiedad asociativa: (AB)C = A(BC)
Se pueden agrupar los productos como se quiera; el resultado es el mismo.
Ver demostraciónPropiedad distributiva: (A + B)C = AC + BC
El producto se distribuye sobre la suma, tanto por la derecha como por la izquierda.
Ver demostraciónLa matriz identidad es el elemento neutro: IA = AI = A
Multiplicar por la identidad (a un lado o a otro) deja la matriz igual.
Ver demostraciónEl producto no es conmutativo: AB ≠ BA
En general, el orden de los factores sí altera el producto.
Ver demostraciónPara qué sirve. Con estas reglas se desarrollan y factorizan expresiones, y se cambia el agrupamiento para ahorrar cuentas. Saber qué no se cumple (la conmutatividad) evita los errores más típicos.
Multiplicación por bloques
Una matriz grande puede partirse en trozos rectangulares llamados bloques. Si las particiones son compatibles (las columnas de A se cortan igual que las filas de B), los bloques se multiplican como si fueran números.
Multiplicación por bloques
Si se parten las matrices en bloques compatibles, los bloques se multiplican como si fueran números.
Ver demostración- 1Las matrices A y B se parten en 2 × 2 bloques, con las columnas de A cortadas igual que las filas de B.
- 2Se aplica fila por columna, pero con bloques. Cada producto de bloques se calcula como un producto de matrices normal.
Para qué sirve. Divide un producto enorme en varios productos pequeños (los ordenadores lo hacen para repartir el trabajo) y aprovecha los bloques de ceros o identidades para ahorrar cálculos.
La traza
La traza de una matriz cuadrada es la suma de los elementos de su diagonal principal.
- 1Ejemplo resuelto. La diagonal de A es 1, 5, 9.
- 2La traza es la suma de la diagonal.
Propiedades
La traza es lineal: tr(A + B) = tr A + tr B y tr(λA) = λ tr A
La traza de una suma es la suma de las trazas, y los escalares salen fuera.
Ver demostracióntr(AB) = tr(BA)
La traza de un producto no depende del orden de los dos factores, aunque AB y BA sean distintas.
Ver demostraciónPara qué sirve. Resume una matriz cuadrada en un solo número y cumple propiedades muy cómodas para simplificar. Se usa en estadística, física y aprendizaje automático.