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Lerne Matrizen multiplizieren: 2x2 und 3x3 Tricks + Inverse Matrix Rechner

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Lerne Matrizen multiplizieren: 2x2 und 3x3 Tricks + Inverse Matrix Rechner

Die Matrizen multiplizieren ist eine fundamentale Operation in der linearen Algebra, die präzise Regeln folgt und vielfältige Anwendungen hat.

Die Matrix Multiplikation Regeln besagen, dass die Anzahl der Spalten der ersten Matrix der Anzahl der Zeilen der zweiten Matrix entsprechen muss. Bei Quadratische Matrizen multiplizieren ist dies automatisch erfüllt. Besonders häufig sind Berechnungen mit 2x2 und 3x3 Matrizen, wobei die Reihenfolge bei der Multiplikation von 3 Matrizen multiplizieren entscheidend ist, da das Assoziativgesetz gilt, nicht aber das Kommutativgesetz.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Inverse Matrix berechnen. Die Inverse existiert nur für quadratische Matrizen mit einer von Null verschiedenen Determinante. Für die Berechnung der Inversen gibt es verschiedene Methoden: Bei 2x2 Matrizen kann die explizite Inverse Matrix Formel verwendet werden, während bei größeren Matrizen wie Inverse Matrix berechnen 3x3 oder Inverse Matrix berechnen 4x4 oft der Gauß-Jordan-Algorithmus zum Einsatz kommt. Die Einheitsmatrix spielt hierbei eine besondere Rolle - sie ist ihre eigene Inverse und das neutrale Element der Matrixmultiplikation. Die Determinante der Einheitsmatrix ist immer 1, und das Einheitsmatrix Symbol wird üblicherweise als I oder E dargestellt. Moderne Hilfsmittel wie ein Matrix Multiplikation Rechner oder Inverse Matrix Rechner können diese Berechnungen erheblich vereinfachen, wobei das grundlegende Verständnis der mathematischen Konzepte dennoch unerlässlich bleibt.

14.3.2020

4644

Mathe GFS
Matrix GFS Matrizen
Multiplikation von Matrizen:
b1 b12
b21b22
b31 b32)
C11= a11*b11+a12*b21+a13*b31
a11 a12 a13
a21 a22 a23
a11 a

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Grundlagen der Matrix Multiplikation und Matrizenrechnung

Die Matrizen multiplizieren ist eine fundamentale Operation in der linearen Algebra. Bei der Matrix Multiplikation müssen bestimmte Matrix Multiplikation Regeln beachtet werden, insbesondere die Kompatibilität der Dimensionen.

Definition: Eine Matrix-Multiplikation A×B ist nur möglich, wenn die Anzahl der Spalten von Matrix A gleich der Anzahl der Zeilen von Matrix B ist.

Bei quadratische Matrizen multiplizieren gilt dies automatisch, da die Anzahl der Zeilen und Spalten identisch ist. Besonders häufig sind Matrizen multiplizieren 2x2 und Matrizen multiplizieren 3x3 Operationen. Die Berechnung erfolgt durch systematische Multiplikation der Zeilen- und Spaltenelemente.

Beispiel: Bei einer 2×2 Matrix-Multiplikation:

(a11 a12)   (b11 b12)   (c11 c12)
(a21 a22) × (b21 b22) = (c21 c22)

Dabei ist: c11 = a11×b11 + a12×b21
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Die Einheitsmatrix und ihre Eigenschaften

Die Einheitsmatrix spielt eine zentrale Rolle in der Matrizenrechnung. Das Einheitsmatrix Symbol ist üblicherweise "E" oder "I". Die Determinante der Einheitsmatrix ist immer 1.

Merkmal: Eine Einheitsmatrix hat auf der Hauptdiagonale nur Einsen und sonst überall Nullen.

Die Einheitsmatrix 2x2 und Einheitsmatrix 4x4 sind häufig verwendete Formate. Bei Einheitsmatrix multiplizieren mit einer beliebigen Matrix A erhält man wieder A. Die Einheitsmatrix transponiert ergibt wieder die Einheitsmatrix.

Highlight: Die Einheitsmatrix ist das neutrale Element der Matrizenmultiplikation.

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Inverse Matrix berechnen und Anwendungen

Die inverse Matrix berechnen ist ein wichtiger Prozess in der linearen Algebra. Für das inverse Matrix berechnen 2x2 und inverse Matrix berechnen 3x3 gibt es spezifische Formeln.

Formel: Die Inverse Matrix Formel verwendet die Adjunkte und die Determinante: A⁻¹ = (1/det(A)) × adj(A)

Ein Inverse Matrix Rechner kann diese Berechnungen automatisieren. Für das Inverse Matrix berechnen 4x4 werden meist computergestützte Methoden verwendet. Die Inverse Matrix berechnen Determinante ist ein wichtiger Zwischenschritt.

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Determinanten und Matrizenoperationen

Die Determinante ist ein wichtiges Werkzeug beim inverse Matrix berechnen. Sie liefert wichtige Informationen über die Matrix und ist entscheidend für die Inverse Matrix 3x3 mit Determinante.

Vokabular: Die Determinante ist eine Zahl, die einer quadratischen Matrix zugeordnet wird.

Für die Berechnung der Determinante gibt es verschiedene Methoden, abhängig von der Matrixgröße. Bei 3 Matrizen multiplizieren muss die 3 Matrizen multiplizieren Reihenfolge beachtet werden, da die Matrizenmultiplikation nicht kommutativ ist.

Beispiel: Die Determinante einer 2×2-Matrix:

|a11 a12|
|a21 a22| = a11×a22 - a12×a21
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Übungsaufgabe zur inversen Matrix

In diesem Abschnitt wird eine praktische Übungsaufgabe zur Berechnung einer inversen Matrix vorgestellt und gelöst.

Example: Berechne die inverse Matrix zu:

A = (3 4) (7 2)

Lösung: Wir verwenden die Formel für die Inverse einer 2x2-Matrix:

A^(-1) = 1/det(A) × ( d -b) (-c a)

Schritt 1: Berechne die Determinante det(A) = 3 × 2 - 4 × 7 = -22

Schritt 2: Stelle die Matrix der Kofaktoren auf ( 2 -4) (-7 3)

Schritt 3: Dividiere durch die Determinante A^(-1) = -1/22 × ( 2 -4) (-7 3)

Schritt 4: Vereinfache A^(-1) = (-1/11 2/11) ( 7/22 -3/22)

Highlight: Die Überprüfung der Korrektheit kann durch Multiplikation von A mit A^(-1) erfolgen, was die Einheitsmatrix ergeben sollte.

Diese Übungsaufgabe demonstriert den Prozess der Berechnung einer inversen Matrix für eine 2x2-Matrix. Für größere Matrizen werden oft computergestützte Methoden oder fortgeschrittenere algebraische Techniken verwendet.

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Die Determinante

Die Determinante ist ein wichtiger Bestandteil der Matrizenrechnung und hat vielfältige Anwendungen in der linearen Algebra.

Definition: Die Determinante ist eine Funktion, die jeder quadratischen Matrix eine skalare Größe zuordnet.

Eigenschaften der Determinante:

  1. det(A × B) = det(A) × det(B)
  2. det(A^T) = det(A)
  3. Wenn A invertierbar ist, gilt: det(A^(-1)) = 1/det(A)
  4. Die Determinante der Einheitsmatrix ist 1

Berechnung der Determinante:

Für eine 2x2-Matrix A = (a b) gilt: (c d)

det(A) = ad - bc

Example: Für eine 3x3-Matrix A = (a b c) gilt: (d e f) (g h i)

det(A) = a(ei-fh) - b(di-fg) + c(dh-eg)

Highlight: Die Determinante spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Invertierbarkeit einer Matrix und bei der Lösung von linearen Gleichungssystemen.

Die Berechnung von Determinanten für größere Matrizen erfolgt oft durch Entwicklung nach einer Zeile oder Spalte oder durch fortgeschrittenere Methoden wie den Laplace'schen Entwicklungssatz.

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Übungsaufgabe zur Determinante

In diesem Abschnitt wird eine praktische Übungsaufgabe zur Berechnung einer Determinante vorgestellt und gelöst.

Example: Berechne die Determinante der folgenden 3x3-Matrix:

A = (1 2 3) (4 5 6) (7 8 9)

Lösung: Wir verwenden die Formel für die Determinante einer 3x3-Matrix:

det(A) = a(ei-fh) - b(di-fg) + c(dh-eg)

Einsetzen der Werte: det(A) = 1[(5×9)-(6×8)] - 2[(4×9)-(6×7)] + 3[(4×8)-(5×7)] = 1(45-48) - 2(36-42) + 3(32-35) = 1(-3) - 2(-6) + 3(-3) = -3 + 12 - 9 = 0

Highlight: Eine Determinante von 0 bedeutet, dass die Matrix singulär ist und keine inverse Matrix besitzt.

Diese Übungsaufgabe zeigt, wie man die Determinante einer 3x3-Matrix schrittweise berechnet. Die Fähigkeit, Determinanten zu berechnen, ist wichtig für viele Anwendungen in der linearen Algebra, einschließlich der Lösung von linearen Gleichungssystemen und der Bestimmung der Invertierbarkeit von Matrizen.

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Lösen linearer Gleichungssysteme mit Determinanten

In diesem Abschnitt wird gezeigt, wie man lineare Gleichungssysteme mithilfe von Determinanten lösen kann. Diese Methode ist besonders nützlich für 2x2- und 3x3-Systeme.

Definition: Die Cramer'sche Regel ist eine Methode zur Lösung linearer Gleichungssysteme unter Verwendung von Determinanten.

Vorgehensweise:

  1. Berechne die Determinante der Koeffizientenmatrix (D).
  2. Ersetze für jede Variable die entsprechende Spalte in der Koeffizientenmatrix durch die Konstanten und berechne die neue Determinante (Di).
  3. Die Lösung für jede Variable xi ist dann: xi = Di / D

Example: Löse das folgende lineare Gleichungssystem:

3x + y = 1 7x + 4y = 0

Schritt 1: Berechne D D = |3 1| = 3×4 - 1×7 = 5 |7 4|

Schritt 2: Berechne D1 und D2 D1 = |1 1| = 1×4 - 1×0 = 4 |0 4|

D2 = |3 1| = 3×0 - 1×1 = -1 |7 0|

Schritt 3: Berechne die Lösungen x = D1 / D = 4 / 5 = 4/5 y = D2 / D = -1 / 5 = -1/5

Highlight: Diese Methode ist besonders effektiv für kleine Systeme, kann aber für größere Systeme rechenintensiv werden.

Die Verwendung von Determinanten zur Lösung linearer Gleichungssysteme demonstriert die praktische Anwendung der Determinantenberechnung in der linearen Algebra.

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Matrix Multiplication and Related Concepts

Matrix multiplication is a crucial operation in linear algebra, with applications in various fields of mathematics and science. This guide provides a comprehensive overview of matrix multiplication and related concepts, including the identity matrix, inverse matrices, transposed matrices, and determinants.

Matrix Multiplication

Matrix multiplication is a fundamental operation that combines two matrices to produce a new matrix. The process involves multiplying rows of the first matrix by columns of the second matrix.

Definition: Matrix multiplication (A x B = C) is only possible when the number of columns in matrix A equals the number of rows in matrix B.

The resulting matrix C has dimensions equal to the number of rows in A and the number of columns in B. Each element in C is calculated by multiplying corresponding elements from A and B and summing the results.

Example: For a 2x3 matrix A multiplied by a 3x2 matrix B: C₁₁ = a₁₁ × b₁₁ + a₁₂ × b₂₁ + a₁₃ × b₃₁

Highlight: Matrix multiplication is not commutative, meaning A × B ≠ B × A in general.

Practice Problem

The guide includes a practice problem to reinforce understanding of matrix multiplication:

A = (5 9), B = (2 8) (3 5) (4 0)

The solution demonstrates the step-by-step process of multiplying these matrices, resulting in:

C = (46 40) (26 24)

This example helps students apply the concept and gain confidence in performing matrix multiplication.

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Lerne Matrizen multiplizieren: 2x2 und 3x3 Tricks + Inverse Matrix Rechner

Die Matrizen multiplizieren ist eine fundamentale Operation in der linearen Algebra, die präzise Regeln folgt und vielfältige Anwendungen hat.

Die Matrix Multiplikation Regeln besagen, dass die Anzahl der Spalten der ersten Matrix der Anzahl der Zeilen der zweiten Matrix entsprechen muss. Bei Quadratische Matrizen multiplizieren ist dies automatisch erfüllt. Besonders häufig sind Berechnungen mit 2x2 und 3x3 Matrizen, wobei die Reihenfolge bei der Multiplikation von 3 Matrizen multiplizieren entscheidend ist, da das Assoziativgesetz gilt, nicht aber das Kommutativgesetz.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Inverse Matrix berechnen. Die Inverse existiert nur für quadratische Matrizen mit einer von Null verschiedenen Determinante. Für die Berechnung der Inversen gibt es verschiedene Methoden: Bei 2x2 Matrizen kann die explizite Inverse Matrix Formel verwendet werden, während bei größeren Matrizen wie Inverse Matrix berechnen 3x3 oder Inverse Matrix berechnen 4x4 oft der Gauß-Jordan-Algorithmus zum Einsatz kommt. Die Einheitsmatrix spielt hierbei eine besondere Rolle - sie ist ihre eigene Inverse und das neutrale Element der Matrixmultiplikation. Die Determinante der Einheitsmatrix ist immer 1, und das Einheitsmatrix Symbol wird üblicherweise als I oder E dargestellt. Moderne Hilfsmittel wie ein Matrix Multiplikation Rechner oder Inverse Matrix Rechner können diese Berechnungen erheblich vereinfachen, wobei das grundlegende Verständnis der mathematischen Konzepte dennoch unerlässlich bleibt.

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Grundlagen der Matrix Multiplikation und Matrizenrechnung

Die Matrizen multiplizieren ist eine fundamentale Operation in der linearen Algebra. Bei der Matrix Multiplikation müssen bestimmte Matrix Multiplikation Regeln beachtet werden, insbesondere die Kompatibilität der Dimensionen.

Definition: Eine Matrix-Multiplikation A×B ist nur möglich, wenn die Anzahl der Spalten von Matrix A gleich der Anzahl der Zeilen von Matrix B ist.

Bei quadratische Matrizen multiplizieren gilt dies automatisch, da die Anzahl der Zeilen und Spalten identisch ist. Besonders häufig sind Matrizen multiplizieren 2x2 und Matrizen multiplizieren 3x3 Operationen. Die Berechnung erfolgt durch systematische Multiplikation der Zeilen- und Spaltenelemente.

Beispiel: Bei einer 2×2 Matrix-Multiplikation:

(a11 a12)   (b11 b12)   (c11 c12)
(a21 a22) × (b21 b22) = (c21 c22)

Dabei ist: c11 = a11×b11 + a12×b21
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Die Einheitsmatrix und ihre Eigenschaften

Die Einheitsmatrix spielt eine zentrale Rolle in der Matrizenrechnung. Das Einheitsmatrix Symbol ist üblicherweise "E" oder "I". Die Determinante der Einheitsmatrix ist immer 1.

Merkmal: Eine Einheitsmatrix hat auf der Hauptdiagonale nur Einsen und sonst überall Nullen.

Die Einheitsmatrix 2x2 und Einheitsmatrix 4x4 sind häufig verwendete Formate. Bei Einheitsmatrix multiplizieren mit einer beliebigen Matrix A erhält man wieder A. Die Einheitsmatrix transponiert ergibt wieder die Einheitsmatrix.

Highlight: Die Einheitsmatrix ist das neutrale Element der Matrizenmultiplikation.

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Inverse Matrix berechnen und Anwendungen

Die inverse Matrix berechnen ist ein wichtiger Prozess in der linearen Algebra. Für das inverse Matrix berechnen 2x2 und inverse Matrix berechnen 3x3 gibt es spezifische Formeln.

Formel: Die Inverse Matrix Formel verwendet die Adjunkte und die Determinante: A⁻¹ = (1/det(A)) × adj(A)

Ein Inverse Matrix Rechner kann diese Berechnungen automatisieren. Für das Inverse Matrix berechnen 4x4 werden meist computergestützte Methoden verwendet. Die Inverse Matrix berechnen Determinante ist ein wichtiger Zwischenschritt.

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Determinanten und Matrizenoperationen

Die Determinante ist ein wichtiges Werkzeug beim inverse Matrix berechnen. Sie liefert wichtige Informationen über die Matrix und ist entscheidend für die Inverse Matrix 3x3 mit Determinante.

Vokabular: Die Determinante ist eine Zahl, die einer quadratischen Matrix zugeordnet wird.

Für die Berechnung der Determinante gibt es verschiedene Methoden, abhängig von der Matrixgröße. Bei 3 Matrizen multiplizieren muss die 3 Matrizen multiplizieren Reihenfolge beachtet werden, da die Matrizenmultiplikation nicht kommutativ ist.

Beispiel: Die Determinante einer 2×2-Matrix:

|a11 a12|
|a21 a22| = a11×a22 - a12×a21
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Übungsaufgabe zur inversen Matrix

In diesem Abschnitt wird eine praktische Übungsaufgabe zur Berechnung einer inversen Matrix vorgestellt und gelöst.

Example: Berechne die inverse Matrix zu:

A = (3 4) (7 2)

Lösung: Wir verwenden die Formel für die Inverse einer 2x2-Matrix:

A^(-1) = 1/det(A) × ( d -b) (-c a)

Schritt 1: Berechne die Determinante det(A) = 3 × 2 - 4 × 7 = -22

Schritt 2: Stelle die Matrix der Kofaktoren auf ( 2 -4) (-7 3)

Schritt 3: Dividiere durch die Determinante A^(-1) = -1/22 × ( 2 -4) (-7 3)

Schritt 4: Vereinfache A^(-1) = (-1/11 2/11) ( 7/22 -3/22)

Highlight: Die Überprüfung der Korrektheit kann durch Multiplikation von A mit A^(-1) erfolgen, was die Einheitsmatrix ergeben sollte.

Diese Übungsaufgabe demonstriert den Prozess der Berechnung einer inversen Matrix für eine 2x2-Matrix. Für größere Matrizen werden oft computergestützte Methoden oder fortgeschrittenere algebraische Techniken verwendet.

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Die Determinante

Die Determinante ist ein wichtiger Bestandteil der Matrizenrechnung und hat vielfältige Anwendungen in der linearen Algebra.

Definition: Die Determinante ist eine Funktion, die jeder quadratischen Matrix eine skalare Größe zuordnet.

Eigenschaften der Determinante:

  1. det(A × B) = det(A) × det(B)
  2. det(A^T) = det(A)
  3. Wenn A invertierbar ist, gilt: det(A^(-1)) = 1/det(A)
  4. Die Determinante der Einheitsmatrix ist 1

Berechnung der Determinante:

Für eine 2x2-Matrix A = (a b) gilt: (c d)

det(A) = ad - bc

Example: Für eine 3x3-Matrix A = (a b c) gilt: (d e f) (g h i)

det(A) = a(ei-fh) - b(di-fg) + c(dh-eg)

Highlight: Die Determinante spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Invertierbarkeit einer Matrix und bei der Lösung von linearen Gleichungssystemen.

Die Berechnung von Determinanten für größere Matrizen erfolgt oft durch Entwicklung nach einer Zeile oder Spalte oder durch fortgeschrittenere Methoden wie den Laplace'schen Entwicklungssatz.

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Übungsaufgabe zur Determinante

In diesem Abschnitt wird eine praktische Übungsaufgabe zur Berechnung einer Determinante vorgestellt und gelöst.

Example: Berechne die Determinante der folgenden 3x3-Matrix:

A = (1 2 3) (4 5 6) (7 8 9)

Lösung: Wir verwenden die Formel für die Determinante einer 3x3-Matrix:

det(A) = a(ei-fh) - b(di-fg) + c(dh-eg)

Einsetzen der Werte: det(A) = 1[(5×9)-(6×8)] - 2[(4×9)-(6×7)] + 3[(4×8)-(5×7)] = 1(45-48) - 2(36-42) + 3(32-35) = 1(-3) - 2(-6) + 3(-3) = -3 + 12 - 9 = 0

Highlight: Eine Determinante von 0 bedeutet, dass die Matrix singulär ist und keine inverse Matrix besitzt.

Diese Übungsaufgabe zeigt, wie man die Determinante einer 3x3-Matrix schrittweise berechnet. Die Fähigkeit, Determinanten zu berechnen, ist wichtig für viele Anwendungen in der linearen Algebra, einschließlich der Lösung von linearen Gleichungssystemen und der Bestimmung der Invertierbarkeit von Matrizen.

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b1 b12
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Lösen linearer Gleichungssysteme mit Determinanten

In diesem Abschnitt wird gezeigt, wie man lineare Gleichungssysteme mithilfe von Determinanten lösen kann. Diese Methode ist besonders nützlich für 2x2- und 3x3-Systeme.

Definition: Die Cramer'sche Regel ist eine Methode zur Lösung linearer Gleichungssysteme unter Verwendung von Determinanten.

Vorgehensweise:

  1. Berechne die Determinante der Koeffizientenmatrix (D).
  2. Ersetze für jede Variable die entsprechende Spalte in der Koeffizientenmatrix durch die Konstanten und berechne die neue Determinante (Di).
  3. Die Lösung für jede Variable xi ist dann: xi = Di / D

Example: Löse das folgende lineare Gleichungssystem:

3x + y = 1 7x + 4y = 0

Schritt 1: Berechne D D = |3 1| = 3×4 - 1×7 = 5 |7 4|

Schritt 2: Berechne D1 und D2 D1 = |1 1| = 1×4 - 1×0 = 4 |0 4|

D2 = |3 1| = 3×0 - 1×1 = -1 |7 0|

Schritt 3: Berechne die Lösungen x = D1 / D = 4 / 5 = 4/5 y = D2 / D = -1 / 5 = -1/5

Highlight: Diese Methode ist besonders effektiv für kleine Systeme, kann aber für größere Systeme rechenintensiv werden.

Die Verwendung von Determinanten zur Lösung linearer Gleichungssysteme demonstriert die praktische Anwendung der Determinantenberechnung in der linearen Algebra.

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Matrix Multiplication and Related Concepts

Matrix multiplication is a crucial operation in linear algebra, with applications in various fields of mathematics and science. This guide provides a comprehensive overview of matrix multiplication and related concepts, including the identity matrix, inverse matrices, transposed matrices, and determinants.

Matrix Multiplication

Matrix multiplication is a fundamental operation that combines two matrices to produce a new matrix. The process involves multiplying rows of the first matrix by columns of the second matrix.

Definition: Matrix multiplication (A x B = C) is only possible when the number of columns in matrix A equals the number of rows in matrix B.

The resulting matrix C has dimensions equal to the number of rows in A and the number of columns in B. Each element in C is calculated by multiplying corresponding elements from A and B and summing the results.

Example: For a 2x3 matrix A multiplied by a 3x2 matrix B: C₁₁ = a₁₁ × b₁₁ + a₁₂ × b₂₁ + a₁₃ × b₃₁

Highlight: Matrix multiplication is not commutative, meaning A × B ≠ B × A in general.

Practice Problem

The guide includes a practice problem to reinforce understanding of matrix multiplication:

A = (5 9), B = (2 8) (3 5) (4 0)

The solution demonstrates the step-by-step process of multiplying these matrices, resulting in:

C = (46 40) (26 24)

This example helps students apply the concept and gain confidence in performing matrix multiplication.

Mathe GFS
Matrix GFS Matrizen
Multiplikation von Matrizen:
b1 b12
b21b22
b31 b32)
C11= a11*b11+a12*b21+a13*b31
a11 a12 a13
a21 a22 a23
a11 a

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