数学 - Python - 線型代数 - 線型写像 - 行列の積(n × n行列、n × n次元、基底、ベクトル空間)

線型代数入門

学習環境

• Surface 3 (4G LTE)、Surface 3 タイプ カバー、Surface ペン(端末)
• Windows 10 Pro (OS)
• 数式入力ソフト(TeX, MathML): MathType
• MathML対応ブラウザ: Firefox、Safari
• MathML非対応ブラウザ(Internet Explorer, Microsoft Edge, Google Chrome...)用JavaScript Library: MathJax
• 参考書籍
  • Pythonからはじめる数学入門
  • JavaScriptリファレンス 第6版
  • インタラクティブ・データビジュアライゼーション

線型代数入門(松坂 和夫(著)、岩波書店)の第3章(線型写像)、7(行列の積)、問題8.を取り組んでみる。

8. 1. 
      $\begin{array}{l}M\text{}\in {ℝ}^{n\times n}\\ M=m_{11}{E}_{11}+\cdots +m_{nn}{E}_{nn}\end{array}$

      よって基底をなす。

   2. 
      

      問題の積はn×n行列となる。各成分、(i, j)成分について考える。

      ${\displaystyle \sum _{l=1}^n{a}_{il}{b}_{lj}}$

      j = kの場合、(i, l)成分のみ1となるので、問題の積はEilと等しい。

      j = kではない場合。全ての成分が0となるので、問題の積は零行列に等しい。

コード(Emacs)

Python 3

#!/usr/bin/env python3
from sympy import pprint, symbols, Matrix, solve

print('8.')
n = 5
Zero = Matrix([[0 for j in range(n)]
               for i in range(n)])

MS = [[Matrix([[1 if i0 == i and j0 == j else 0 for j0 in range(n)]
               for i0 in range(n)])
       for j in range(n)]
      for i in range(n)]

pprint(MS[2 - 1][3 - 1])

for i in range(n):
    for j in range(n):
        for k in range(n):
            for l in range(n):
                if j == k:
                    print(MS[i][j] * MS[k][l] == MS[i][l], end=',')
                else:
                    print(MS[i][j] * MS[k][l] == Zero, end=',')
        print()

入出力結果(Terminal, Jupyter(IPython))

$ ./sample8.py
8.
⎡0  0  0  0  0⎤
⎢             ⎥
⎢0  0  1  0  0⎥
⎢             ⎥
⎢0  0  0  0  0⎥
⎢             ⎥
⎢0  0  0  0  0⎥
⎢             ⎥
⎣0  0  0  0  0⎦
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,True,
$