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逆矩陣(inverse matrix)的概念及其意義

逆矩陣是經常遇到的一個概念。教科書中講解了逆矩陣的求法,但是沒有說清楚為何需要逆矩陣,逆矩陣的意義是什麼。逆矩陣可以類比成數字的倒數,比如數字5的倒數是1/5,矩陣A的“倒數”是A的逆矩陣。5*(1/5)=1, A*(A的逆矩陣) = I,I是單位矩陣。引入逆矩陣的原因之一是用來實現矩陣的除法。比如有矩陣X,A,B,其中X*A = B,我們要求X矩陣的值。本能來說,我們只需要將B/A就可以得到X矩陣了。但是對於矩陣來說,不存在直接相除的概念。我們需要藉助逆矩陣,間接實現矩陣的除法。具體的做法是等式兩邊在相同位置同時乘以矩陣A的逆矩陣,如下所示,X*A*(A的逆矩陣)= B*(A的逆矩陣)。由於A*(A的逆矩陣) = I,即單位矩陣,任何矩陣乘以單位矩陣的結果都是其本身。所以,我們可以得到X =  B*(A的逆矩陣)。

以一個具體的例子來看,連結為https://www.mathsisfun.com/algebra/matrix-inverse.html。假設一幫孩子和家長出去旅遊,去程坐的是bus,小孩票價為3元,家長票價為3.2元;回程坐的是Train,小孩票價為3.5元,家長票價為3.6元。問題是分別求小孩和家長的人數。我們就可以用下列矩陣求之。



我們亦可以用下列矩陣求之。