matrix

In de lineaire algebra, een deelgebied van de wiskunde, is een matrix (meervoud: matrices) een rechthoekig getallenschema. De gebruikelijke voorstelling van zo'n rechthoekig schema is met een zijde in de schrijfrichting en de andere loodrecht daarop, zodat de getallen geordend zijn in rijen en kolommen. De matrix is een middel om samenhangende gegevens en hun bewerkingen op een systematische en overzichtelijke wijze weer te geven. De term matrix werd in 1848 ingevoerd door de Britse wiskundige J.J. Sylvester. Indien er rijen en kolommen zijn, spreekt men van een -matrix. Het gebruik is dus dat het eerste cijfer de hoogte aangeeft en het tweede de breedte (zie ook discrete coördinaten). Als is het een vierkante matrix. De getallen heten de elementen van de matrix. Een -matrix heeft dus elementen. Het element op het kruispunt van de -de rij en de -de kolom wordt aangeduid als het -de element en genoteerd als . Voor de matrix zelf noteert men wel: . Ook andere notaties worden gebruikt, onder andere, waarin het -de element van een matrix geschreven wordt als . Het volgende voorbeeld toont een 2×3-matrix met gehele getallen als elementen: We zien bijvoorbeeld dat en . Matrices zijn belangrijke instrumenten in de lineaire algebra. Men gebruikt ze onder andere voor de weergave van lineaire afbeeldingen. Matrixvermenigvuldiging komt overeen met samenstelling van lineaire afbeeldingen. Matrices kunnen ook worden gebruikt om een overzicht te bieden van de coëfficiënten in een stelsel van lineaire vergelijkingen. Voor een vierkante matrix reguleren de determinant en inverse matrix (als deze bestaat) het gedrag van oplossingen voor het corresponderende stelsel van lineaire vergelijkingen, en eigenwaarden en eigenvectoren geven inzicht in de meetkunde van de geassocieerde lineaire transformatie Matrices kennen vele toepassingen. In de natuurkunde maakt men op verscheidene gebieden gebruik van matrices, zoals bij de meetkundige optica en de matrixmechanica. De laatste toepassing heeft geleid tot een meer gedetailleerde studie van matrices met een oneindig aantal rijen en kolommen. De grafentheorie maakt gebruik van matrices om afstanden tussen paren knopen (vertices) in een graaf bij te houden. Computergraphics gebruikt matrices om de driedimensionale ruimte op een tweedimensionaal vlak te projecteren. De matrixrekening generaliseert klassieke analytische begrippen zoals afgeleiden van functies en exponentiële functies naar matrices, wat toepassing vindt bij het oplossen van gewone differentiaalvergelijkingen. Het serialisme en de dodecafonie zijn 20e-eeuwse muzikale stromingen die gebruikmaken van een vierkante matrix om het patroon van de intervallen te bepalen. Een belangrijke tak van de numerieke analyse is gewijd aan de ontwikkeling van efficiënte algoritmen voor matrixberekeningen, een onderwerp dat, hoewel al eeuwen oud, nog steeds een actief gebied van wiskundig onderzoek is. Matrix-decompositiemethoden vereenvoudigen zowel theoretische als praktische berekeningen. Voor ijle matrices, dat wil zeggen matrices die naar verhouding veel nullen bevatten, kunnen specifiek ontworpen algoritmen tot versnelde berekeningen leiden; dergelijke matrices spelen bijvoorbeeld een rol in de eindige-elementenmethode.