Matrice Inversa

La matrice inversa di $A$ è la matrice $A^{-1}$ per la quale vale la seguente equazione $AA^{-1}=A^{-1}A=I$.
Non è detto che esista la matrice inversa. N.B. Il prodotto di due matrici dipende dall'ordine delle due matrici. L'unico caso in cui il prodotto è commutativo è il prodotto con l'inversa.

Esempio

$$ A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 3 & -1 \end{pmatrix} \\ A^{-1} = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \\ I = \begin{pmatrix} 2a+c & 2b+d \\ 3a-c & 3b-d \end{pmatrix} $$

Devo risolvere il seguente sistema di equazioni $$ 2a+c = 1 \\ 2b+d = 0 \\ 3a-c = 0 \\ 3b-d = 1 $$ In realtà abbiamo 2 sistemi di equazioni separate.
Un sistema dipendente da a e c $$ 2a+c = 1 \\ 3a-c = 0 \\ a = 1/5 \\ c = 3/5 \\ $$ e un sistema dipendente da b e d $$ 2b+d = 0 \\ 3b-d = 1 \\ b = 1/5 \\ d = -2/5 \\ $$ Quindi la matrice inversa è
$$ A^{-1} = \begin{pmatrix} 1/5 & 1/5 \\ 3/5 & -2/4 \end{pmatrix} $$
Questo metodo di risoluzione per equazioni non scala in maniera efficace con le matrici più grandi.
Gia una matrice 3x3 avrebbe 9 equazioni in 9 incognite.

Esempio 2

$$ A = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \\ AA^{-1} = \begin{pmatrix} 2a+3c & 2b+3d \\ 0 & 0 \end{pmatrix} $$

In questo caso non posso trovare l'inversa perchè in posizione 22 della matrice prodotto non ho modo di avere un 1.

Matrice Trasposta

Data una matrice A $$ A = \begin{pmatrix} a_{11} & \dots & a_{1n} \\ \dots & \dots & \dots \\ a_{m1} & \dots & a_{nm} \end{pmatrix} $$ La matrice trasposta di A è la matrice con le righe e le colonne scambiate. $$ A^t = \begin{pmatrix} a_{11} & \dots & a_{m1} \\ \dots & \dots & \dots \\ a_{1n} & \dots & a_{mn} \end{pmatrix} $$ Quindi se la matrice a era di tipo mn la trasporta sarà nm

Esempi

$$ A = \begin{pmatrix} 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 9 \\ 0 & 4 & 3 \end{pmatrix} \rightarrow {}^tA = \begin{pmatrix} 4 & 7 & 0 \\ 5 & 8 & 4 \\ 6 & 9 & 3 \end{pmatrix} \\ B = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 7 & 4 \\ 3 & 3 & 2 & 2 \end{pmatrix} \rightarrow {}^tB = \begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 0 & 3 \\ 7 & 2 \\ 4 & 2 \end{pmatrix} $$

Proprietà delle trasposte

  1. ${}^t(A + B) = {}^tA + {}^tB$
  2. ${}^t(AB) = {}^tB{}^tA$
  3. ${}^t(aA) = a({}^tA)$

N.B.
Nella seconda proprietà il prodotto delle matrice si inverte.
Ricordarsi che il prodotto di matrici non è commutativo.

Matrici Simmtriche

Una matrice simmetrica è una matrice per cui $$ A = {}^tA $$ La struttura di una matrice trasposta è il seguente $$ \begin{pmatrix} a & \diamond & \square \\ \diamond & b & \bullet \\ \square & \bullet & c \end{pmatrix} $$ Dove $a, b, c$ sono numeri qualsiasi. Mentre i simboli corrispondono e si può notare come siano simmetrici rispetto alla diagonale. Le matrici simmetriche devono essere quadrate.

Esempio

$$ A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 3 \\ 0 & 2 & 4 \\ 3 & 4 & -1 \end{pmatrix} $$

Matrici Antisimmetriche

Una matrice antisimmetrica è la matrice che risulta uguale all'opposta della trasposta $$ A = -{}^tA $$ E ha la seguente struttura $$ \begin{pmatrix} 0 & \diamond & \square \\ -\diamond & 0 & \bullet \\ -\square & -\bullet & 0 \end{pmatrix} $$ Si può notare come perchè la diagonale sia antisimmetrica l'unica possibilità e che siano tutti 0

Esempio

$$ A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 5 \\ -1 & 0 & -2 \\ -5 & 2 & 0 \end{pmatrix} $$

Matrici Ortogonali

Sono delle matrici quadrate invertibili con la seguente proprietà $$ {}^tA = A^{-1} $$ L'inversa corrisponde alla trasposta

Esempio

La matrice A è sempre ortogonale: $$ A = \begin{pmatrix} \cos{\alpha} & -\sin{\alpha} \\ \sin{\alpha} & \cos{\alpha} \end{pmatrix} \\ {}^tA = \begin{pmatrix} \cos{\alpha} & \sin{\alpha} \\ -\sin{\alpha} & \cos{\alpha} \end{pmatrix} \\ {}^tAA = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \\ $$ Di conseguenza ${}^tA = A^{-1}$