Определение. Пусть задана матрица $A.$ Тогда замена строк на столбцы, а столбцов — на строки называется транспонированием по отношению к $A.$ Так, если $$A = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix},$$ то транспонированная матрица будет выглядеть: $$A^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{21} & \cdots & a_{m1}\\
a_{12} & a_{22} & \cdots & a_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} & a_{2n} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}.$$

Свойства транспонирования матриц

1. $\left ( A^{T} \right )^{T} = A $

Пусть задана матрица $$A = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование матрицы $A:$
$$A^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{21} & \cdots & a_{m1}\\
a_{12} & a_{22} & \cdots & a_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} & a_{2n} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Проведём повторное транспонирование матрицы $A^{T}$ и получаем: $$\left ( A^{T} \right )^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}. $$
Следовательно, $ \left ( A^{T} \right )^{T} = A,$ что и требовалось доказать.

2. $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T}$

Пусть задана матрица $$A = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование матрицы $A:$
$$A^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{21} & \cdots & a_{m1}\\
a_{12} & a_{22} & \cdots & a_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} & a_{2n} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Докажем, что $ \left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T}.$ Найдём $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T}$ $$ \lambda \cdot \begin{pmatrix}
a_{11}\cdot & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}
a_{11}\cdot \lambda & a_{12}\cdot \lambda & \cdots & a_{1n}\cdot \lambda\\
a_{21}\cdot \lambda & a_{22}\cdot \lambda & \cdots & a_{2n}\cdot \lambda\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1}\cdot \lambda & a_{m2}\cdot \lambda & \cdots & a_{mn}\cdot \lambda
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование и получаем: $$\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11}\cdot \lambda & a_{21}\cdot \lambda & \cdots & a_{m1}\cdot \lambda\\
a_{12}\cdot \lambda & a_{22}\cdot \lambda & \cdots & a_{m2}\cdot \lambda\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n}\cdot \lambda & a_{2n}\cdot \lambda & \cdots & a_{mn}\cdot \lambda
\end{pmatrix}. $$
Найдём $\lambda \cdot A^{T}:$ $$ \lambda \cdot A^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11}\cdot \lambda & a_{21}\cdot \lambda & \cdots & a_{m1}\cdot \lambda\\
a_{12}\cdot \lambda & a_{22}\cdot \lambda & \cdots & a_{m2}\cdot \lambda\\
\ldots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n}\cdot \lambda & a_{2n}\cdot \lambda & \cdots & a_{mn}\cdot \lambda
\end{pmatrix}.$$
Следовательно, $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T},$ что и требовалось доказать.

3. $\left ( A + B \right )^{T} = A^{T} + B^{T}$

Пусть $$ A = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}, \; B = \begin{pmatrix}
b_{11} & b_{12} & \cdots & b_{1n}\\
b_{21} & b_{22} & \cdots & b_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
b_{n1} & b_{n2} & \cdots & b_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование матриц: $$ A^{T}= \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{21} & \cdots & a_{m1}\\
a_{12} & a_{22} & \cdots & a_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} & a_{2n} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}, \; B^{T}= \begin{pmatrix}
b_{11} & b_{21} & \cdots & b_{m1}\\
b_{12} & b_{22} & \cdots & b_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
b_{1n} & b_{2n} & \cdots & b_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Найдём $\left ( A + B \right )^{T}$ и $A^{T} + B^{T}:$
$$A + B= \begin{pmatrix}
a_{11} + b_{11} &a_{12} + b_{12} & \cdots & a_{1n} + b_{1n}\\
a_{21} + b_{21} &a_{21} + b_{21} & \cdots & a_{2n} + b_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} + b_{m1} &a_{m1} + b_{m1} & \cdots & a_{mn} + b_{mn}
\end{pmatrix}. $$
$$\left ( A + B \right )^{T}= \begin{pmatrix}
a_{11} + b_{11} &a_{21} + b_{21} & \cdots & a_{1n} + b_{1n}\\
a_{12} + b_{12} &a_{22} + b_{22} & \cdots & a_{2n} + b_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} + b_{1n} &a_{2n} + b_{2n} & \cdots & a_{mn} + b_{mn}
\end{pmatrix}.$$
$$A^{T} + B^{T} = \begin{pmatrix}
a_{11} + b_{11} &a_{21} + b_{21} & \cdots & a_{1n} + b_{1n}\\
a_{12} + b_{12} &a_{22} + b_{22} & \cdots & a_{2n} + b_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{1n} + b_{1n} &a_{2n} + b_{2n} & \cdots & a_{mn} + b_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Получаем, что $\left ( A + B \right )^{T} = A^{T} + B^{T},$ что и требовалось доказать.

4. $\left ( A \cdot B \right )^{T} = A^{T} \cdot B^{T}$

Пусть $$ A = \begin{pmatrix}
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n}\\
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn}
\end{pmatrix}, \; B = \begin{pmatrix}
b_{11} & b_{12} & \cdots & b_{1n}\\
b_{21} & b_{22} & \cdots & b_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
b_{m1} & b_{m2} & \cdots & b_{mn}
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование матриц: $$ A^{T} = C = \begin{pmatrix}
c_{11} & c_{21} & \cdots & c_{m1}\\
c_{12} & c_{22} & \cdots & c_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
c_{1n} & c_{2n} & \cdots & c_{mn}
\end{pmatrix}, \; B^{T} = D = \begin{pmatrix}
d_{11} & d_{21} & \cdots & d_{m1}\\
d_{12} & d_{22} & \cdots & d_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
d_{1n} & d_{2n} & \cdots & d_{mn}
\end{pmatrix}.$$
так, что $ с_{ji} = a_{ij},$ $ d_{\beta \alpha} = b_{\alpha \beta} $
$$AB = F = \begin{pmatrix}
f_{11} & f_{12} & \cdots & f_{1n}\\
f_{21} & f_{22} & \cdots & f_{2n}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
f_{m1} & f_{m2} & \cdots & f_{mn}
\end{pmatrix}. $$
$$A^{T}B^{T} = G = \begin{pmatrix}
g_{11} & g_{21} & \cdots & g_{m1}\\
g_{12} & g_{22} & \cdots & g_{m2}\\
\cdots & \cdots & \cdots & \cdots\\
g_{1n} & g_{2n} & \cdots & g_{mn}
\end{pmatrix}. $$
Тогда, $$f_{ij} = \sum_{\alpha = 1}^{k} a_{i\alpha} b_{\alpha j},$$
$$g_{ji} = \sum_{\alpha = 1}^{k}d_{j\alpha} c_{\alpha i} = \sum_{\alpha = 1}^{k} b_{\alpha j} a_{i \alpha} = \sum_{\alpha = 1}^{k} = a_{i\alpha} b_{\alpha j} = f_{ij}.$$
Итак, $g_{ji} = f_{ij}$ при всех $i = 1, 2, …, m$ и $j = 1, 2, …, n, $ следовательно, $G = F^{T},$ т. е. $A^{T} B^{T}= \left ( A B \right )^{T} $.

Примеры решения задач

Пример 1

Дана матрица $ A = \begin{pmatrix}
5 & 2 & 6 \\
1 & 4 & 9 \\
8 & 3 & 10
\end{pmatrix}.$ Составить матрицу $A^{T}.$

Решение
$A^{T} = \begin{pmatrix}
5 & 2 & 6 \\
1 & 4 & 9 \\
8 & 3 & 10
\end{pmatrix}^{T} = \begin{pmatrix}
5 & 1 & 8 \\
2 & 4 & 3 \\
6 & 9 & 10
\end{pmatrix}. $
[свернуть]

Пример 2

Дана матрица $ A = \begin{pmatrix}
11 & 0 & 9 \\
7 & 23 & 0 \\
1 & 11 & 4
\end{pmatrix}.$ Найти $ \left ( 2 \cdot A \right )^{T}. $

Решение
Воспользуемся вторым свойством транспонирования матриц, где $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T},$ получим: $$ 2 \cdot A^{T} =2 \begin{pmatrix}
11 & 7 & 1 \\
0 & 23 & 11 \\
9 & 0 & 4
\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}
22 & 14 & 2 \\
0 & 46 & 2 \\
18 & 0 & 8
\end{pmatrix}.$$
[свернуть]

Пример 3

Даны две матрицы $ A = \begin{pmatrix}
5 & 1 & 8 \\
2 & 4 & 3 \\
6 & 9 & 10
\end{pmatrix} $ и $ B = \begin{pmatrix}
11 & 7 & 1 \\
0 & 23 & 11 \\
9 & 0 & 4
\end{pmatrix}.$
Найти $ \left ( A + 3 \cdot B \right )^{T}.$



Решение
Найдём сумму матриц $A$ и $B:$
$$A + 3 \cdot B = \begin{pmatrix}
5 & 1 & 8 \\
2 & 4 & 3 \\
6 & 9 & 10
\end{pmatrix} + \begin{pmatrix}
33 & 21 & 3 \\
0 & 69 & 33 \\
27 & 0 & 12
\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}
28 & 22 & 11 \\
2 & 73 & 36 \\
33 & 9 & 22
\end{pmatrix}.$$
Проведём транспонирование суммы матриц: $$\left ( A + 3 \cdot B \right )^{T} = \begin{pmatrix}
28 & 22 & 11 \\
2 & 73 & 36 \\
33 & 9 & 22
\end{pmatrix}^{T} = \begin{pmatrix}
28 & 2 & 11 \\
22 & 73 & 99 \\
11 & 36 & 22
\end{pmatrix}.$$
[свернуть]

Пример 4

Даны две матрицы $ A = \begin{pmatrix}
5 & 11 & 16 & 12 & 56 \\
4 & 3 & 45 & 10 & 22\\
5 & 1 & 9 & 56 & 14 \\
33 & 23 & 34 & 45 & 89
\end{pmatrix} $ и
$$ B = \begin{pmatrix}
12 & 10 & 15 & 11\\
3 & 2 & 20 & 22\\
1 & 4 & 8 & 2\\
5 & 11 & 3 & 4\\
16 & 4 & 11 & 12
\end{pmatrix}.$$
Найти $ \left ( A \cdot B \right )^{T}.$



Решение
Решим задачу двумя способами, используя 4 свойство.
• Метод №1. Найдём преобразование матриц $A$ и $B:$ $$A \cdot B = \begin{pmatrix}
  5 & 11 & 16 & 12 \\
  4 & 3 & 45 & 10 \\
  5 & 1 & 9 & 56 \\
  33 & 23 & 34 & 45 \\
  56 & 22 & 14 & 89 \\
  \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix}
  12 & 10 & 15 & 11 & 16\\
  3 & 2 & 20 & 22 & 0\\
  1 & 4 & 8 & 2 & 11\\
  5 & 11 & 0 & 4 & 12\\
  \end{pmatrix} =$$
  $$= \begin{pmatrix}
  538 & 430 & 1151 & 1579 & 2081 \\
  849 & 565 & 1066 & 2166 & 2450 \\
  127 & 77 & 336 & 590 & 434 \\
  216 & 183 & 738 & 518 & 920 \\
  547 & 475 & 943 & 1388 & 2206 \\
  \end{pmatrix}. $$

  Проведём транспонирование матрицы:
  $$ \left ( A \cdot B \right )^{T} = \begin{pmatrix}
  538 & 849 & 127 & 216 & 547 \\
  430 & 565 & 77 & 183 & 475 \\
  1151 & 1066 & 336 & 738 & 943 \\
  1579 & 2166 & 590 & 518 & 1388 \\
  2081 & 2450 & 434 & 920 & 2206
  \end{pmatrix}. $$

• Метод №2. Проведём транспонирование матриц $A$ и $B:$
  $$ A^{T} = \begin{pmatrix}
  5 & 4 & 5 & 33\\
  11 & 3 & 1 & 23\\
  16 & 45 & 9 & 34\\
  12 & 10 & 56 & 45\\
  56 & 22 & 14 & 89
  \end{pmatrix}.$$
  $$ B^{T} = \begin{pmatrix}
  12 & 3 & 1 & 5 & 16\\
  10 & 2 & 4 & 11 & 4\\
  15 & 20 & 8 & 3 & 11\\
  11 & 22 & 2 & 4 & 12
  \end{pmatrix}.$$

  Найдём произведение $A^{T}$ и $B^{T}:$
  $$A^{T} \cdot B^{T} = \begin{pmatrix}
  538 & 849 & 127 & 216 & 547 \\
  430 & 565 & 77 & 183 & 475 \\
  1151 & 1066 & 336 & 738 & 943 \\
  1579 & 2166 & 590 & 518 & 1388 \\
  2081 & 2450 & 434 & 920 & 2206
  \end{pmatrix}.
  $$

Оба метода показали одинаковый ответ, что также подтверждает свойство №4.
[свернуть]

Пример 5

Дана транспонированная матрица $ A^{T} = \begin{pmatrix}
1 & 3 & 22 & 21 \\
2 & 11 & 1 & 12\\
0 & 4 & 20 & 31\\
6 & 15 & 50 & 9
\end{pmatrix}.$ Найти первоначальную матрицу $A.$

Решение
Воспользуемся первым свойством транспонирования матриц, где $\left ( A^{T} \right )^{T} = A, $ получим:
$$ \left ( A^{T} \right )^{T} = \begin{pmatrix}
1 & 3 & 22 & 21 \\
2 & 11 & 1 & 12\\
0 & 4 & 20 & 31\\
6 & 15 & 50 & 9
\end{pmatrix}^{T} = \begin{pmatrix}
1 & 2 & 9 & 6 \\
3 & 11 & 4 & 15\\
22 & 1 & 20 & 40\\
21 & 12 & 31 & 9
\end{pmatrix}. $$
[свернуть]

Смотрите также

• Конспект лекций по линейной алгебре, Белозёров Г.С. «Матрицы и определители»
• И.А. Мальцев Линейная Алгебра: Учебное пособие. 2010, Глава 3, §3.1 «Матрицы, линейные операторы», стр. 81
• Фаддеев Д.К. Лекции по алгебре: Учебное пособие для вузов. 1984, Глава 4, §1 «Матрицы и действия над ними», стр. 34

Операция транспонирования матриц и ее свойства

Лимит времени: 0

Навигация (только номера заданий)

0 из 4 заданий окончено

Вопросы:

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Информация

Данный тест предназначен для проверки ваших знаний на тему «Операция транспонирования матриц и ее свойства». Удачи !

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается...

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Результаты

Правильных ответов: 0 из 4

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали 0 из 0 баллов (0)

Средний результат
Ваш результат

Рубрики

1. Нет рубрики 0%
2. Алгебра 0%

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

1. С ответом
2. С отметкой о просмотре

1. Задание 1 из 4

   1.

   Количество баллов: 2
   Рубрика: Алгебра

   Транспонирование матрицы это

   • замена диагональных элементов нулями;
   • замена строк на столбцы, а столбцов — на строки;
   • замена знаков столбцов на противоположные;
   • перестановка местами двух строк.
   Правильно
   

   Это правильный ответ!

   Неправильно
   

   Увы, но это не правильный ответ!
   Транспонирование матрицы это замена строк на столбцы, а столбцов — на строки.
2. Задание 2 из 4

   2.

   Количество баллов: 4
   Рубрика: Алгебра

   Выберите все свойства транспонирования матриц.

   • $\left ( A^{T} \right )^{T} = A $
   • $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T}$
   • $\left ( A + B \right )^{T} = A^{T} + B^{T}$
   • $\left ( A \cdot B \right )^{T} = A^{T} \cdot B^{T}$
   • $A^{T} = \left ( A^{T} \right )^{T}$
   • $A^{T} + B^{T} = A + B$
   Правильно
   

   Так держать!

   Неправильно
   

   Ты был близко!

   Свойства транспонирования матриц:

   1. $\left ( A^{T} \right )^{T} = A$
   2. $\left ( \lambda \cdot A \right )^{T} = \lambda \cdot A^{T}$
   3. $\left ( A + B \right )^{T} = A^{T} + B^{T}$
   4. $\left ( A \cdot B \right )^{T} = A^{T} \cdot B^{T}$
3. Задание 3 из 4

   3.

   Количество баллов: 1

   Дана матрица $A$. Составить матрицу $A^{T}.$

   Элементы сортировки

   • $$A^{T} = \begin{pmatrix} 11& 3 \\ 5 & 10 \\ 0 & 9 \\ \end{pmatrix} $$
   • $$ A^{T} = \begin{pmatrix} 1 & 6 & 4 \\ 2 & 11 & 4 \\ 5 & 9 & 0 \end{pmatrix} $$
   • $$ A^{T} = \begin{pmatrix} 5 & 4 & 0 \\ 12 & 20 & 33 \\ 0 & 17 & 1 \end{pmatrix} $$
   • $$ A^{T} = \begin{pmatrix} 11& 23 \\ 122 & 50 \\ 44 & 9 \\ \end{pmatrix} $$

   • $ A = \begin{pmatrix} 11 & 5 & 0 \\ 3 & 10 & 9 \\ \end{pmatrix} $

   • $A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 5 \\ 6 & 11 & 9 \\ 4 & 4 & 0 \end{pmatrix} $

   • $ A = \begin{pmatrix} 5 & 12 & 10 \\ 4 & 20 & 17 \\ 0 & 33 & 1 \end{pmatrix} $

   • $ 4. A = \begin{pmatrix} 11 & 122 & 44 \\ 23 & 50 & 9 \\ \end{pmatrix} $

   Правильно
   

   Так держать!

   Неправильно
   

   Ты был близко!
4. Задание 4 из 4

   4.

   Количество баллов: 1

   Дана транспонированная матрица $ A^{T} =\begin{pmatrix}
   5 & 11 & 10 \\
   3 & 28 & 17 \\
   1 & 3 & 6
   \end{pmatrix}.$ Найти первоначальную матрицу $A.$

   • $ A =\begin{pmatrix} 5 & 10 & 11 \\ 3 & 17 & 28 \\ 1 & 3 & 6 \end{pmatrix}$
   • $ A =\begin{pmatrix} 5 & 11 & 10 \\ 3 & 28 & 17 \\ 1 & 3 & 6 \end{pmatrix}$
   • $ A =\begin{pmatrix} 5 & 10 & 11 \\ 28 & 3 & 17 \\ 3 & 1 & 6 \end{pmatrix}$
   • $ A =\begin{pmatrix} 5 & 3 & 1\\ 11 & 28 & 3 \\ 10 & 17 & 6 \end{pmatrix}$
   Правильно
   

   Молодец!

   Неправильно
   

   Что-то пошло не так!
   $$A^{T} =\begin{pmatrix}
   5 & 11 & 10 \\
   3 & 28 & 17 \\
   1 & 3 & 6
   \end{pmatrix}.$$
   $$A =\begin{pmatrix}
   5 & 3 & 1\\
   11 & 28 & 3 \\
   10 & 17 & 6
   \end{pmatrix}.$$