Scegli l’operazione e la dimensione delle matrici (righe e colonne), poi scrivi gli elementi nelle griglie. La trasposta Aᵀ e la potenza Aⁿ usano solo la matrice A.
Indice
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Cosa puoi fare in questa pagina
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A cosa serve questo calcolo?
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Come si usa
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Formula
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Simboli e termini
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Cosa conviene sapere prima
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Come calcolarlo con Excel
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Come calcolarlo con Fogli Google
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Come calcolarlo con Python
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La formula in LaTeX e in altre notazioni matematiche (da copiare)
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Come chiedere a ChatGPT di fare il calcolo
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I punti di forza di DataChef
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Funzioni correlate
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Tutte le calcolatrici di NumberChef
Cosa puoi fare in questa pagina
- Somma \(A+B\), sottrai \(A-B\) e moltiplica \(AB\) matrici da 2×2 a 4×4 sul momento (vanno bene anche dimensioni rettangolari come 2×3)
- Puoi calcolare anche la trasposta \(A^{T}\), che scambia righe e colonne, e le potenze \(A^{n}\) di una matrice quadrata (\(n\) da 1 a 10)
- Vedi come funziona ogni calcolo, come il prodotto scalare «riga × colonna» nella moltiplicazione, nei passaggi con i tuoi numeri
- In questa pagina trovi anche una spiegazione semplice delle formule e le formule da copiare e incollare per Excel, Fogli Google (MATR.PRODOTTO, MATR.TRASPOSTA) e Python
A cosa serve questo calcolo?
Nella grafica 3D, trasformazioni come ruotare o ridimensionare un personaggio si calcolano «moltiplicando le coordinate per una matrice». Più trasformazioni si possono combinare in una sola matrice moltiplicando prima tra loro le matrici.
La GPU (il processore grafico) di una console o di un computer è un calcolatore specializzato costruito per eseguire un numero enorme di queste moltiplicazioni di matrici.
Un’immagine digitale è essa stessa una matrice: la luminosità di ogni pixel disposta in righe e colonne. I filtri delle app per le foto, come sfocatura e nitidezza, si calcolano come operazioni su questa matrice.
Vedere «un’immagine come matrice» è anche il punto di partenza di tecniche di IA come il riconoscimento delle immagini.
Un sistema di equazioni con molte incognite si può scrivere come un’unica equazione, \(A\boldsymbol{x} = \boldsymbol{b}\), mettendo i coefficienti in una matrice.
Nell’analisi della resistenza degli edifici e nell’analisi dei circuiti elettrici, migliaia o decine di migliaia di equazioni vengono messe in questa forma e risolte tutte insieme con calcoli di matrici al computer.
Scrivi i collegamenti tra le stazioni, o tra le persone, come una matrice con «1 se collegati, 0 se no» (una matrice di adiacenza). Allora l’elemento nella riga \(i\), colonna \(j\) della potenza \(A^{n}\) è «il numero di modi per andare da \(i\) a \(j\) seguendo esattamente \(n\) collegamenti».
Questa idea è una delle basi dei calcolatori di percorsi e dell’analisi degli «amici di amici» nei social network.
Le statistiche economiche nazionali e regionali usano una grande matrice, detta tavola input-output, per mostrare quanto ogni settore acquista dagli altri. L’effetto a catena, «se la domanda in un settore cresce, di quanto cresce la produzione negli altri», si stima con calcoli di matrici su questa tavola (un metodo sviluppato da Wassily Leontief, che per questo vinse il premio Nobel per l’economia).
Gran parte dei calcoli dell’IA che tratta testi e immagini (le reti neurali) consiste nel ripetere «moltiplica un elenco di numeri in ingresso per una matrice appresa».
Poiché gran parte del calcolo per addestrare ed eseguire l’IA è moltiplicazione di matrici, le GPU, che sono brave nei calcoli con le matrici, sono diventate essenziali per lo sviluppo dell’IA.
Formula
Simboli e termini
Simboli
| \(A,\ B\) | A, B | Nomi dati alle matrici. Per convenzione, le matrici si indicano con lettere maiuscole. |
| \(a_{ij}\) | a i j | L’elemento della matrice \(A\) nella riga \(i\), colonna \(j\) (il numero nella \(i\)-esima riga dall’alto e nella \(j\)-esima colonna da sinistra). Le piccole lettere in basso a destra (i pedici) indicano la sua posizione. |
| \(b_{ij}\) | b i j | L’elemento della matrice \(B\) nella riga \(i\), colonna \(j\). Si legge come \(a_{ij}\); cambia solo il nome della matrice. |
| \(m \times n\) | m per n | La dimensione (l’ordine) di una matrice: \(m\) righe (file orizzontali) e \(n\) colonne (file verticali). (Esempio: una matrice 2×3 ha 2 numeri in verticale e 3 in orizzontale, 6 numeri in tutto.) |
| \(c_{ij}\) | c i j | Quando il prodotto \(AB\) si chiama \(C\), l’elemento di \(C\) nella riga \(i\), colonna \(j\). |
| \(A^{T}\) | A trasposta | La trasposta di \(A\): la matrice con righe e colonne scambiate. Si scrive anche \({}^{t}A\) o \(A^{\top}\). |
| \(A^{n}\) | A alla n | La matrice ottenuta moltiplicando \(n\) copie di \(A\). È definita solo per le matrici quadrate. |
| \(\sum\) | sommatoria | Il segno per «somma tutto». \(\sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}\) dice di sommare \(a_{ik} b_{kj}\) per ogni \(k\) da 1 a \(n\). |
Termini
| matrice | Numeri disposti in un rettangolo (righe e colonne). Ogni numero si chiama elemento. Come in un foglio di calcolo, una posizione si indica con «quale riga e quale colonna». |
| riga | Una fila orizzontale di numeri in una matrice. Le righe si contano dall’alto: riga 1, riga 2 e così via. Pensa alle righe di un quaderno. |
| colonna | Una fila verticale di numeri in una matrice. Le colonne si contano da sinistra: colonna 1, colonna 2 e così via. Pensa alle colonne di un edificio, che stanno in verticale. |
| elemento | Ogni numero di una matrice. Si chiama anche entrata. L’elemento nella riga \(i\), colonna \(j\) si scrive con i pedici, come \(a_{ij}\). |
| matrice quadrata | Una matrice con lo stesso numero di righe e di colonne (a forma di quadrato). Le potenze, come anche i determinanti e le inverse (non trattati in questa pagina), esistono solo per le matrici quadrate. |
| matrice trasposta | La matrice con righe e colonne scambiate. La trasposta di una matrice \(m \times n\) è una matrice \(n \times m\). |
| prodotto scalare | Il valore che si ottiene accoppiando due elenchi di numeri dall’inizio, moltiplicando ogni coppia e sommando tutti i prodotti. Nella moltiplicazione di matrici, il prodotto scalare di una riga di A per una colonna di B dà un elemento del prodotto. |
| algebra lineare | Il ramo della matematica che si occupa di matrici e vettori. All’università è spesso un corso obbligatorio del primo o del secondo anno ed è la base della computer grafica, della statistica, dell’intelligenza artificiale e altro. |
Cosa conviene sapere prima
Ecco cosa conviene sapere per usare il calcolo di questa pagina capendo davvero cosa fai, e non solo premendo il pulsante.
| Operazioni con i numeri relativi (classi 1ª–2ª della secondaria di primo grado, 11-13 anni) |
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| Lettere e pedici (scuola secondaria di primo e di secondo grado) |
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| Potenze (classi 1ª–2ª della secondaria di primo grado, 11-13 anni) |
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| Righe e colonne di una tabella (scuola primaria) |
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Come calcolarlo con Excel
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 |
| Riga 2 della matrice A | 3 | 4 |
| Riga 1 della matrice B | 5 | 6 |
| Riga 2 della matrice B | 7 | 8 |
| Riga 1 di A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Riga 2 di A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Riga 1 della matrice A | 9 | 8 |
| Riga 2 della matrice A | 7 | 6 |
| Riga 1 della matrice B | 1 | 2 |
| Riga 2 della matrice B | 3 | 4 |
| Riga 1 di A − B | =B1-B3 | =C1-C3 |
| Riga 2 di A − B | =B2-B4 | =C2-C4 |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 |
| Riga 2 della matrice A | 3 | 4 |
| Riga 1 della matrice B | 2 | 0 |
| Riga 2 della matrice B | 1 | 2 |
| AB (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.PRODOTTO(B1:C2;B3:C4) |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 | 3 |
| Riga 2 della matrice A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.TRASPOSTA(B1:D2) |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 1 |
| Riga 2 della matrice A | 0 | 1 |
| A³ (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.PRODOTTO(MATR.PRODOTTO(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
Per il prodotto usa la funzione MATR.PRODOTTO e per la trasposta la funzione MATR.TRASPOSTA. In Excel recente (come Microsoft 365) il risultato si espande da solo nelle celle vicine (spill). Nella terza tabella AB dà 4, 4, 10, 8 e nella quinta tabella A³ dà 1, 3, 0, 1.
Nelle versioni di Excel più vecchie, seleziona prima un intervallo della stessa dimensione del risultato, scrivi la formula e conferma con Ctrl+Maiusc+Invio.
Come calcolarlo con Fogli Google
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 |
| Riga 2 della matrice A | 3 | 4 |
| Riga 1 della matrice B | 5 | 6 |
| Riga 2 della matrice B | 7 | 8 |
| Riga 1 di A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Riga 2 di A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 |
| Riga 2 della matrice A | 3 | 4 |
| Riga 1 della matrice B | 2 | 0 |
| Riga 2 della matrice B | 1 | 2 |
| AB (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.PRODOTTO(B1:C2;B3:C4) |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 2 | 3 |
| Riga 2 della matrice A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.TRASPOSTA(B1:D2) |
| Riga 1 della matrice A | 1 | 1 |
| Riga 2 della matrice A | 0 | 1 |
| A³ (si espande dalla riga 1 in automatico) | =MATR.PRODOTTO(MATR.PRODOTTO(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
In Fogli Google i risultati di MATR.PRODOTTO e MATR.TRASPOSTA si espandono da soli nelle celle vicine (senza bisogno di Ctrl+Maiusc+Invio).
Come calcolarlo con Python
A = [[1, 2], [3, 4]]
B = [[2, 0], [1, 2]]
def matrix_add(x, y): # addizione (si sommano gli elementi nella stessa posizione)
return [[x[i][j] + y[i][j] for j in range(len(x[0]))] for i in range(len(x))]
def matrix_multiply(x, y): # moltiplicazione (prodotto scalare di una riga di A per una colonna di B)
return [[sum(x[i][k] * y[k][j] for k in range(len(y))) for j in range(len(y[0]))] for i in range(len(x))]
def matrix_transpose(x): # trasposta (si scambiano righe e colonne)
return [[x[i][j] for i in range(len(x))] for j in range(len(x[0]))]
def matrix_power(x, n): # potenza (si moltiplica n volte in ordine da sinistra)
result = x
for _ in range(n - 1):
result = matrix_multiply(result, x)
return result
print("A + B =", matrix_add(A, B))
print("AB =", matrix_multiply(A, B))
print("Trasposta di A =", matrix_transpose(A))
print("A al cubo =", matrix_power(A, 3))
La formula in LaTeX e in altre notazioni matematiche (da copiare)
(A + B)ᵢⱼ = aᵢⱼ + bᵢⱼ
(A + B)_{ij} = a_{ij} + b_{ij}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub>
<mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>+</mo><mi>B</mi><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
<mo>+</mo>
<msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
(A + B)_(ij) = a_(ij) + b_(ij)
A + B
C := A + B;
C = A + B;
(A + B)_ij = a_ij + b_ij
cᵢⱼ = aᵢ₁b₁ⱼ + aᵢ₂b₂ⱼ + ⋯ + aᵢₙbₙⱼ
c_{ij} = \sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>c</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>∑</mo>
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mi>k</mi></mrow></msub>
<msub><mi>b</mi><mrow><mi>k</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
c_(ij) = sum_(k=1)^(n) a_(ik) b_(kj)
A . B
C := A . B;
C = A * B;
c_ij = ∑_(k=1)^n a_ik b_kj
(Aᵀ)ᵢⱼ = aⱼᵢ
(A^{T})_{ij} = a_{ji}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub>
<mrow><mo>(</mo><msup><mi>A</mi><mi>T</mi></msup><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
(A^T)_(ij) = a_(ji)
Transpose[A]
C := LinearAlgebra:-Transpose(A);
C = A.';
(A^T)_ij = a_ji
Aⁿ = AA⋯A
A^{n} = \underbrace{AA\cdots A}_{n}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msup><mi>A</mi><mi>n</mi></msup>
<mo>=</mo>
<mi>A</mi><mi>A</mi><mo>⋯</mo><mi>A</mi>
</mrow>
</math>
A^n
MatrixPower[A, n]
C := A^n;
C = A^n;
A^n
Come chiedere a ChatGPT di fare il calcolo
Sei un assistente per il calcolo con le matrici. Esegui il calcolo seguente eseguendo davvero codice Python e rispondi basandoti soltanto sui numeri ottenuti dall’esecuzione (non rispondere a mente né a intuito). Per le matrici A = [[1, 2], [3, 4]] e B = [[2, 0], [1, 2]], trova ciascuna delle matrici seguenti. 1. La somma A + B 2. La differenza A − B 3. Il prodotto AB 4. La trasposta di A 5. A al cubo (A alla terza potenza) Per ognuna mostra la formula che hai usato (quali elementi hai combinato e come) e la matrice risultante dall’esecuzione.
Come si usa
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1Inserisci i numeriScrivi nei campi i numeri con cui vuoi fare il calcolo
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2CalcolaFai clic sul pulsante «Calcola»
-
3Guarda il risultatoIl risultato compare subito. Nella stessa pagina trovi anche lo svolgimento del calcolo e la spiegazione della formula
I punti di forza di DataChef
Nessuna competenza richiesta, semplice e intuitivo
Nessun dato personale richiesto
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