定义 1.6.
设矩阵 ,则矩阵
称为矩阵 与 的 乘积, 其中
记作 .
Remark
- 要保证矩阵乘法有意义,
- 必须使第一个矩阵的列数和第二个矩阵的行数相等,
- 乘积 的
- 行数是第一个矩阵的行数,
- 列数是第二个矩阵的列数.
- 矩阵的乘法并不一定满足交换律,
- 即 不一定成立。
Definition
如果 , 我们就称矩阵 可交换.
在给出矩阵乘法定义后,下面我们可以归纳定义方阵的方幂。
Definition
设 是一个 阶方阵,对正整数 ,归纳的定义 即 表示 个 相乘,称为方阵 的 次方幂。 特别地,定义 。
由乘法结合律,易知对任意非负整数 有
关于矩阵的乘法,有以下性质(当然,这里假定矩阵运算是有意义的):
Proposition
- 结合律: ;
- 分配律: ;
- ;
- 若 是一个 阶方阵, 为复系数的多项式, 则方阵 的多项式 和 的乘法满足交换律,即
这里, 需要说明方阵的多项式的概念. 设 为 次的复系数多项式, 为 阶方阵, 称
为方阵 的 次多项式。
下面证明性质(1)和(4),其余的请读者自行证明。
\begin{proof}
(1)
- 记 ,
- 令
- ,
- ,
- 则
-
且 和 都是 矩阵。
-
由矩阵乘法定义可知
的 位置上的元素为
的 位置上的元素为
- 而
- 即得 的 位置上的元素和 的 位置上的元素相等,
- 那么结论 (1) 成立.
(4) 设
分别为 次复系数多项式, 则
那么 是关于 的一个 次多项式,且
同理可得
所以
\end{proof}