Kies de bewerking en het formaat van de matrices (rijen en kolommen) en vul de elementen in de roosters in. De getransponeerde Aᵀ en de macht Aⁿ gebruiken alleen matrix A.
Inhoudsopgave
-
Wat je op deze pagina kunt doen
-
Waarvoor is deze berekening handig?
-
Zo werkt het
-
Formule
-
Symbolen en begrippen
-
Handig om vooraf te weten
-
Berekenen met Excel
-
Berekenen met Google Spreadsheets
-
Berekenen met Python
-
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
-
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
-
Kenmerken van DataChef
-
Gerelateerde functies
-
Alle rekenmachines van NumberChef
Wat je op deze pagina kunt doen
- Tel matrices van 2×2 tot 4×4 ter plekke op (\(A+B\)), trek ze af (\(A-B\)) en vermenigvuldig ze (\(AB\)). Rechthoekige formaten zoals 2×3 mogen ook
- Je kunt ook de getransponeerde \(A^{T}\) vinden, waarbij rijen en kolommen van plaats wisselen, en machten \(A^{n}\) van een vierkante matrix (\(n\) van 1 tot 10)
- Je ziet hoe elke berekening werkt, zoals het inproduct “rij × kolom” bij het vermenigvuldigen, in stappen met je eigen getallen
- Een heldere uitleg van de formules en formules om te kopiëren voor Excel, Google Spreadsheets (PRODUCTMAT, TRANSPONEREN) en Python vind je ook op deze pagina
Waarvoor is deze berekening handig?
In 3D-graphics reken je transformaties zoals het draaien of schalen van een personage uit door “de coördinaten met een matrix te vermenigvuldigen”. Meerdere transformaties kun je tot één matrix combineren door de matrices eerst met elkaar te vermenigvuldigen.
De GPU (grafische processor) in een spelcomputer of computer is een speciale rekenmachine die is gebouwd om enorme aantallen van deze matrixvermenigvuldigingen uit te voeren.
Een digitale afbeelding is zelf een matrix: de helderheid van elke pixel, gerangschikt in rijen en kolommen. Filters in fotoapps, zoals vervagen en verscherpen, worden uitgerekend als bewerkingen op deze matrix.
“Een afbeelding als matrix” zien is ook het beginpunt van AI-technieken zoals beeldherkenning.
Een stelsel vergelijkingen met veel onbekenden kun je als één vergelijking schrijven, \(A\boldsymbol{x} = \boldsymbol{b}\), door de coëfficiënten in een matrix te zetten.
Bij de sterkteberekening van gebouwen en de analyse van elektrische schakelingen worden duizenden of tienduizenden vergelijkingen in deze vorm gezet en in één keer opgelost met matrixberekeningen op de computer.
Schrijf de verbindingen tussen stations, of tussen mensen, op als een matrix met “1 als ze verbonden zijn, 0 als niet” (een adjacentiematrix). Dan is het element in rij \(i\), kolom \(j\) van de macht \(A^{n}\) “het aantal manieren om van \(i\) naar \(j\) te komen door precies \(n\) verbindingen te volgen”.
Dit idee is een van de basisideeën achter routeplanners en achter de analyse van “vrienden van vrienden” in sociale netwerken.
Nationale en regionale economische statistieken gebruiken een grote matrix, een input-outputtabel, om te laten zien hoeveel elke bedrijfstak van de andere inkoopt. Het doorwerkingseffect, “als de vraag in één bedrijfstak groeit, hoeveel groeit de productie dan in de andere”, wordt geschat met matrixberekeningen op deze tabel (een methode van Wassily Leontief, die er de Nobelprijs voor de Economie voor won).
Het grootste deel van de berekeningen in AI die tekst en afbeeldingen verwerkt (neurale netwerken) bestaat uit het herhalen van “een rijtje invoergetallen vermenigvuldigen met een aangeleerde matrix”.
Omdat zo veel van het rekenwerk voor het trainen en draaien van AI matrixvermenigvuldiging is, zijn GPU’s, die goed zijn in matrixberekeningen, onmisbaar geworden voor de ontwikkeling van AI.
Formule
Symbolen en begrippen
Symbolen
| \(A,\ B\) | A, B | Namen die je aan matrices geeft. Matrices noem je gewoonlijk met hoofdletters. |
| \(a_{ij}\) | a i j | Het element van matrix \(A\) in rij \(i\), kolom \(j\) (het getal in de \(i\)e rij van boven en de \(j\)e kolom van links). De kleine letters rechtsonder (de indices) geven de plaats aan. |
| \(b_{ij}\) | b i j | Het element van matrix \(B\) in rij \(i\), kolom \(j\). Je leest het op dezelfde manier als \(a_{ij}\); alleen de naam van de matrix verschilt. |
| \(m \times n\) | m bij n | Het formaat (de afmetingen) van een matrix: \(m\) rijen (horizontale lijnen) en \(n\) kolommen (verticale lijnen). (Voorbeeld: een 2×3-matrix heeft 2 getallen onder elkaar en 3 naast elkaar, samen 6 getallen.) |
| \(c_{ij}\) | c i j | Als je het product \(AB\) \(C\) noemt, het element van \(C\) in rij \(i\), kolom \(j\). |
| \(A^{T}\) | A getransponeerd | De getransponeerde van \(A\): de matrix met rijen en kolommen verwisseld. Ze wordt ook geschreven als \(A^{\top}\) of \(A'\). |
| \(A^{n}\) | A tot de n | De matrix die je krijgt door \(n\) keer \(A\) met zichzelf te vermenigvuldigen. Ze bestaat alleen voor vierkante matrices. |
| \(\sum\) | sigma | Het teken voor “alles bij elkaar optellen”. \(\sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}\) betekent: tel \(a_{ik} b_{kj}\) op voor elke \(k\) van 1 tot \(n\). |
Begrippen
| matrix | Getallen die in een rechthoek zijn gerangschikt (rijen en kolommen). Elk getal erin heet een element. Net als in een spreadsheet geef je een plaats aan met “welke rij en welke kolom”. |
| rij | Een horizontale lijn getallen in een matrix. Rijen tel je van boven naar beneden: rij 1, rij 2, enzovoort. Denk aan de rijen stoelen in een theater. |
| kolom | Een verticale lijn getallen in een matrix. Kolommen tel je van links naar rechts: kolom 1, kolom 2, enzovoort. Denk aan de kolommen (zuilen) van een gebouw, die rechtop staan. |
| element | Elk getal in een matrix. Het element in rij \(i\), kolom \(j\) schrijf je met indices, zoals \(a_{ij}\). |
| vierkante matrix | Een matrix met evenveel rijen als kolommen (de vorm van een vierkant). Machten, en ook determinanten en inverses (die op deze pagina niet aan bod komen), bestaan alleen voor vierkante matrices. |
| getransponeerde matrix | De matrix met rijen en kolommen verwisseld. De getransponeerde van een \(m \times n\)-matrix is een \(n \times m\)-matrix. |
| inproduct | De waarde die je krijgt door twee rijtjes getallen vanaf het begin in paren te zetten, elk paar te vermenigvuldigen en alles op te tellen. Bij matrixvermenigvuldiging geeft het inproduct van een rij van A en een kolom van B één element van het product. |
| lineaire algebra | Het deel van de wiskunde over matrices en vectoren. Het is vaak een verplicht vak in het eerste studiejaar aan hbo of universiteit en vormt de basis van computergraphics, statistiek, AI en meer. |
Handig om vooraf te weten
Dit helpt je om de berekening op deze pagina te gebruiken met echt begrip, en niet alleen door op de knop te drukken.
| Rekenen met negatieve getallen (klas 1, 12-13 jaar) |
|
| Rekenen met letters en indices (klas 1 tot en met de bovenbouw, 12-18 jaar) |
|
| Machten (klas 1-2, 12-14 jaar) |
|
| Rijen en kolommen van een tabel (basisschool) |
|
Berekenen met Excel
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 |
| Rij 2 van matrix A | 3 | 4 |
| Rij 1 van matrix B | 5 | 6 |
| Rij 2 van matrix B | 7 | 8 |
| Rij 1 van A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Rij 2 van A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Rij 1 van matrix A | 9 | 8 |
| Rij 2 van matrix A | 7 | 6 |
| Rij 1 van matrix B | 1 | 2 |
| Rij 2 van matrix B | 3 | 4 |
| Rij 1 van A − B | =B1-B3 | =C1-C3 |
| Rij 2 van A − B | =B2-B4 | =C2-C4 |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 |
| Rij 2 van matrix A | 3 | 4 |
| Rij 1 van matrix B | 2 | 0 |
| Rij 2 van matrix B | 1 | 2 |
| AB (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =PRODUCTMAT(B1:C2;B3:C4) |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 | 3 |
| Rij 2 van matrix A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =TRANSPONEREN(B1:D2) |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 1 |
| Rij 2 van matrix A | 0 | 1 |
| A³ (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =PRODUCTMAT(PRODUCTMAT(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
Gebruik de functie PRODUCTMAT voor vermenigvuldigen en de functie TRANSPONEREN voor de getransponeerde. In recente versies van Excel (zoals Microsoft 365) loopt het resultaat automatisch over naar de aangrenzende cellen (overloopgedrag). In de derde tabel is AB gelijk aan 4, 4, 10, 8 en in de vijfde tabel is A³ gelijk aan 1, 3, 0, 1.
In oudere versies van Excel selecteer je eerst een bereik van dezelfde grootte als het resultaat, typ je de formule en bevestig je met Ctrl+Shift+Enter.
Berekenen met Google Spreadsheets
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 |
| Rij 2 van matrix A | 3 | 4 |
| Rij 1 van matrix B | 5 | 6 |
| Rij 2 van matrix B | 7 | 8 |
| Rij 1 van A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Rij 2 van A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 |
| Rij 2 van matrix A | 3 | 4 |
| Rij 1 van matrix B | 2 | 0 |
| Rij 2 van matrix B | 1 | 2 |
| AB (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =PRODUCTMAT(B1:C2;B3:C4) |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 2 | 3 |
| Rij 2 van matrix A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =TRANSPONEREN(B1:D2) |
| Rij 1 van matrix A | 1 | 1 |
| Rij 2 van matrix A | 0 | 1 |
| A³ (loopt automatisch over vanaf rij 1) | =PRODUCTMAT(PRODUCTMAT(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
In Google Spreadsheets lopen de resultaten van PRODUCTMAT en TRANSPONEREN automatisch over naar de aangrenzende cellen (Ctrl+Shift+Enter is niet nodig).
Berekenen met Python
A = [[1, 2], [3, 4]]
B = [[2, 0], [1, 2]]
def matrix_add(x, y): # optellen (tel de elementen op dezelfde plaats op)
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): # vermenigvuldigen (inproduct van een rij van A en een kolom van 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): # transponeren (rijen en kolommen verwisselen)
return [[x[i][j] for i in range(len(x))] for j in range(len(x[0]))]
def matrix_power(x, n): # macht (n keer van links naar rechts vermenigvuldigen)
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("Getransponeerde van A =", matrix_transpose(A))
print("A tot de derde macht =", matrix_power(A, 3))
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
(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
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
Je bent een rekenassistent voor matrices. Voer de volgende berekening uit door Python-code daadwerkelijk uit te voeren en baseer je antwoord alleen op de getallen uit het resultaat van de uitvoering (geen hoofdrekenen of gokken). Bereken voor de matrices A = [[1, 2], [3, 4]] en B = [[2, 0], [1, 2]] elk van de volgende matrices. 1. De som A + B 2. Het verschil A − B 3. Het product AB 4. De getransponeerde van A 5. A tot de derde macht (A³) Laat voor elke matrix de formule zien die je hebt gebruikt (welke elementen je hoe hebt gecombineerd) en de resulterende matrix uit de uitvoering.
Zo werkt het
-
1Vul je getallen inTyp de getallen waarmee je wilt rekenen in de invoervelden
-
2BerekenKlik op de knop “Berekenen”
-
3Bekijk het resultaatHet resultaat verschijnt meteen. Op dezelfde pagina vind je ook de uitwerking van de berekening en de uitleg van de formule
Kenmerken van DataChef
Geen voorkennis nodig – intuïtieve en eenvoudige bediening
Zonder persoonlijke gegevens op te geven
Bestand wordt automatisch verwijderd zodra je op "Downloaden" klikt
Geen bronvermelding vereist
Geen toestemming vooraf nodig