Вектор (точнее, его координаты) представляет собой способ упорядоченной записи двух чисел, но существуют и другие способы такой записи. Например, можно ввести понятие матрицы 2×2, определив ее как таблицу из четырех чисел, состоящую из двух строк и двух столбцов:
Элемент матрицы Л, находящийся в строке i и столбце j, обозначим как аху
Как и в случае с векторами, для матриц можно ввести операции сложения между ними и умножения на число, определив их поэлементно:
Несложно убедиться в том, что матрицы, вместе с введенными таким образом операциями, обладают теми же свойствами, что и векторы. С точки зрения линейной алгебры это означает, что они также образуют линейное пространство (т.е. сами являются векторами), которое далее будем обозначать как М2х2.
Кроме рассмотренных выше операций, для матриц можно также ввести операцию умножения, определив произведение С двух матриц А и В следующим образом:
Введенное таким образом умножение матриц обладает следующими свойствами:
Через I обозначена так называемая единичная матрица
Произведение матриц в общем случае не коммутативно, т. е. как правило ЛВ Ф ВА.
Если есть произвольная матрица А, элементы которой удовлетворяют условию аиа22 -апа.п Ф 0, то можно определить обратную матрицу (обозначаемую как А 1), удовлетворяющую условию ЛЛ 1 = Л lA = I. Матрица Л в этом случае называется обратимой. Далеко не все ненулевые матрицы являются обратимыми: так, матрица, составленная из одних единиц, не является обратимой.
Если есть две обратимые матрицы Л и В, то их произведение АВ также является обратимой матрицей и для него выполнено следующее свойство:
Само выражение аиа22-апа.п называется определителем матрицы Л и обозначается как det Л. Для него также выполняется ряд свойств:
Как в случае с векторами, для матриц можно ввести операцию транспонирования, задав ее следующим образом:
Данная операция удовлетворяет следующим условиям:
Если матрица А удовлетворяет условию А = Ат, то такая матрица называется симметричной.
Кроме операции умножения матрицы на матрицу, можно ввести операцию умножения матрицы на вектор-столбец, задав ее с помощью следующего равенства:
Введенная таким образом операция удовлетворяет следующим свойствам:
Помимо матриц рассмотренного размера существуют и другие матрицы. В частности, вектор-столбец можно рассматривать как матрицу из одного столбца и двух строк, а вектор-строку — как матрицу из двух столбцов и одной строки. Несложно убедиться в том, что общее определение произведения двух матриц соответствует случаю произведения матрицы и вектор-столбца, рассмотренному выше.