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「分割式」乘法

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⟩ ⟩ ⟩ ⟩ 「分割式」乘法

在「」的乘法中,我們提到:「乘以,會得到一個表格」,類似九九乘法表。事實上,我們可以進一步將這個表格進行「分割」,然後再填入相對應的數值,結果一樣。

在下圖中,我們將 u{\color{blue}\mathbf{u}}u 分割成 u1,u2{\color{blue}\mathbf{u}}_{1}, {\color{blue}\mathbf{u}}_{2}u1​,u2​,將 v{\color{red}\mathbf{v}}v 分割成 v1,v2{\color{red}\mathbf{v}}_1 , {\color{red}\mathbf{v}}_2v1​,v2​:

在上圖中,分割表格對填入數值的方式沒有任何影響,我們還是利用類似填九九乘法表的方式,在每個儲存格中填入該有的數值,結果當然會一樣。

有意思的是:

這裡要注意幾點:

我們將這種觀點整理成以下引理:

💍 引理

假設我們將行向量 u{\color{blue}\mathbf{u}}u 分割成 [u1u2⋮um] \begin{bmatrix} {\color{blue}\mathbf{u}}_1 \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_2 \\ \vdots \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_m \end{bmatrix}​u1​u2​⋮um​​​,列向量 v{\color{red}\mathbf{v}}v 分割成 [v1v2⋯vn]\begin{bmatrix} {\color{red}\mathbf{v}}_1 & {\color{red}\mathbf{v}}_2 & \cdots & {\color{red}\mathbf{v}}_n \end{bmatrix}[v1​​v2​​⋯​vn​​],則:

uv=[u1u2⋮um][v1v2⋯vn]=[u1v1u1v2⋯u1vnu2v1u2v2⋯u2vn⋮umv1umv2⋯umvn] {\color{blue}\mathbf{u}} {\color{red}\mathbf{v}} = \begin{bmatrix} {\color{blue}\mathbf{u}}_1 \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_2 \\ \vdots \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_m \end{bmatrix} \begin{bmatrix} {\color{red}\mathbf{v}}_1 & {\color{red}\mathbf{v}}_2 & \cdots & {\color{red}\mathbf{v}}_n \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} {\color{blue}\mathbf{u}}_1 {\color{red}\mathbf{v}}_1 & {\color{blue}\mathbf{u}}_1 {\color{red}\mathbf{v}}_2 & \cdots & {\color{blue}\mathbf{u}}_1 {\color{red}\mathbf{v}}_n \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_2 {\color{red}\mathbf{v}}_1 & {\color{blue}\mathbf{u}}_2 {\color{red}\mathbf{v}}_2 & \cdots & {\color{blue}\mathbf{u}}_2 {\color{red}\mathbf{v}}_n \\ \vdots \\ {\color{blue}\mathbf{u}}_m {\color{red}\mathbf{v}}_1 & {\color{blue}\mathbf{u}}_m {\color{red}\mathbf{v}}_2 & \cdots & {\color{blue}\mathbf{u}}_m {\color{red}\mathbf{v}}_n \end{bmatrix}uv=​u1​u2​⋮um​​​[v1​​v2​​⋯​vn​​]=​u1​v1​u2​v1​⋮um​v1​​u1​v2​u2​v2​um​v2​​⋯⋯⋯​u1​vn​u2​vn​um​vn​​​

u{\color{blue}\mathbf{u}}u, v{\color{red}\mathbf{v}}v 兩向量的分割方式各自獨立,要怎麼分割都可以,這點跟不同。

圖中的 u1,u2,v1,v2{\color{blue}\mathbf{u}}_{1}, {\color{blue}\mathbf{u}}_{2}, {\color{red}\mathbf{v}}_{1}, {\color{red}\mathbf{v}}_{2}u1​,u2​,v1​,v2​ 都是用大寫,它們都是 ,不是純數

這些向量也是,這種切割過的矩陣稱為「子矩陣」(submatrix)。

u1v1 ⋯ u2v2{\color{blue}\mathbf{u}}_{1} {\color{red}\mathbf{v}}_{1} \ \cdots \ {\color{blue}\mathbf{u}}_{2} {\color{red}\mathbf{v}}_{2}u1​v1​ ⋯ u2​v2​ 這些矩陣也都是子矩陣,大小不盡相同,不能當作純數對待

比較:

有趣的是,這跟把 u1 ⋯ um{\color{blue}\mathbf{u}}_1 \ \cdots \ {\color{blue}\mathbf{u}}_mu1​ ⋯ um​, v1 ⋯ vn{\color{red}\mathbf{v}}_1 \ \cdots \ {\color{red}\mathbf{v}}_nv1​ ⋯ vn​ 看成一般數字然後做沒有差別

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