recent
أخبار ساخنة

أنواع المصفوفات Types of Matrices

العلم للجميع

شرح أهم أنواع المصفوفات 

تتنوع المصفوفات في الرياضيات بأنواعها من حيث أشكالها وأحجامها المتعددة، لكن هنالك تسمية مشتركة لكل نوع من تلك الأنواع من المصفوفات. فلكل نوع من أنواع المصفوفات تلك وظيفة معينة تساعد على ايجاد حلول لمشكلة رياضية أو وصف لنموذج رياضي، بحيث يتسنى للباحث أو العلماء التعامل معها والتعديل على مدخلاتها للوصول الى الحل المطلوب.

ما هي أنواع المصفوفات في الرياضيات؟

هنالك 10 أنواع من المصفوفات في الرياضيات والتي تتبع كل منها في تسميتها قاعدة رياضية معينة، وهي على النحو التالي:

أولاً: المصفوفة المربعة Square Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة تتساوى عدد صفوفها مع عدد أعمدتها، حيث تكون أبعادها \(n\times n\) حيث \(n\) عدد طبيعي. ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 2 & 3\\ 5 & 7 \end{bmatrix} والمصفوفة \begin{bmatrix} 6 & 1 & 3\\ 8 & 7 & 9\\ 8 & 7 & 9 \end{bmatrix} وحتى المصفوفة \begin{bmatrix} 6 \end{bmatrix}

ثانياً: المصفوفة غير المربعة أو المستطيلة Rectangular or Non-Square Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة لا تتساوى عدد صفوفها مع عدد أعمدتها، أي أنه إما عدد الصفوف أكبر من عدد الأعمدة \(m>n\)، أو أن عدد الأعمدة أكبر من عدد الصفوف \(n>m\). أي أنها وبشكل عام فإنها تتبع القاعدة العامة \(n\neq m\). فإذا كان \(n>m\) فتسمى بالمصفوفة الأفقية Horizontal Matrix أما إذا كان \(m>n\) فتسمى بالمصفوفة العمودية Vertical Matrix، ومن الأمثلة عليها المصفوفة الأفقية \begin{bmatrix} 2 &5  &6  &9 \\ 1&  4&  8& 8 \end{bmatrix} والمصفوفة العمودية \begin{bmatrix} 4 &3 \\ 1& 3\\ 5&9 \\ 7 & 6 \end{bmatrix}.

ثالثاً: المصفوفة القطرية Diagonal Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة مربعة تكون جميع عناصرها أصفاراً ما عدا عند القطر الرئيسي لها. وهي تتبع القاعدة العامة \(a_{ij}=0\) لكل \(i\neq j\) ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 5 &0 \\ 0& 8 \end{bmatrix} والمصفوفة \begin{bmatrix} 5 &0  & 0 &0 \\ 0& 4 &0  &0 \\ 0& 0 & 2 &0 \\ 0 & 0 &0  & 9 \end{bmatrix}. كما ونلاحظ أن المصفوفة * ليست قطرية، وذلك لأنها ليست مصفوفة مربعة بالأساس.

رابعاً: المصفوفة المثلثية Triangular Matrix

وهي مصفوفة مربعة تقسم الى قسمين هما:

1- المصفوفة المثلثية العلوية Upper Triangular Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة مربعة تكون جميع عناصرها التي أسفل القطر الرئيسي لها أصفاراً. وهي تتبع القاعدة \(a_{ij}=0\) لكل \(i> j\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 2 &3  & 7\\ 0 & 5 & 5\\ 0 & 0 & 9 \end{bmatrix} 

2- والمصفوفة المثلثية السفلية Lower Triangular Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة مربعة تكون جميع عناصرها التي أعلى القطر الرئيسي لها أصفاراً. وهي تتبع القاعدة \(a_{ij}=0\) لكل \(i< j\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 2 &0  & 0\\ 2 & 5 & 0\\ 7 & 5 & 8 \end{bmatrix} 

خامساً: مصفوفة الوحدة Identity Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة قطرية، جميع قيم عناصر قطرها الرئيسي يساوي العدد 1. وهي تتبع القاعدة الرياضية التالية \(I=\left\{\begin{matrix} a_{ij}=0 &, &i\neq j\\\ a_{ij}=1 &, & i= j\ \end{matrix}\right.\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 1 &0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} والمصفوفة \begin{bmatrix} 1 & 0 &0 \\ 0& 1 & 0\\ 0& 0 & 1 \end{bmatrix}.

سادساً: المصفوفة القياسية أو مصفوفة العدد الثابت Scalar Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة قطرية، جميع قيم عناصر قطرها الرئيسي متساوي، أي أنها ناتجة عن حاصل ضرب عدد ثابت بمصفوفة الوحدة. وهي تتبع القاعدة الرياضية التالية \(S=\left\{\begin{matrix} a_{ij}=0 &, &i\neq j\\\ a_{ij}=\alpha \in \mathbb{R} &, & i= j\ \end{matrix}\right.\) ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 6 & 0 &0 \\ 0& 6 & 0\\ 0& 0 & 6 \end{bmatrix}.

سابعاً: المصفوفة الصفرية Zero Matrix (Null Matrix)

وهي عبارة عن أي مصفوفة (مربعة أو غير مربعة) بحيث أن جميع عناصرها أصفاراً. وتتبع القاعدة \(a_{ij}=0\) لكل \((i,j)\).. ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 0 & 0\\  0 & 0 \end{bmatrix} والمصفوفة \begin{bmatrix} 0 & 0 &0 \\ 0& 0 &0 \\ 0& 0 & 0 \end{bmatrix}.

ثامناً: المصفوفة المتماثلة Symmetric Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة مربعة تكون جميع عناصرها حول القطر الرئيسي متماثلة أي متساوي. وهي تتبع القاعدة \(a_{ij}=a_{ji}\) لكل \((i,j)\). ويمكن أيضاً القول بأن المصفوفة المتماثلة هي المصفوفة التي تتساوى مع منقول تلك المصفوفة Transpose أي أن \(A=A^{t}\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 1 & 8 &4 \\ 8 & 3 & 7\\ 4 & 7  & 5 \end{bmatrix}

تاسعاً: المصفوفة الهرميتية Hermitian Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة مربعة متماثلة ما عدا عند الجزء التخيلي للعدد الذي بداخلها. وهي تتبع القاعدة \(A=\bar{A^{t}}\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 3 & 4-i &2i \\ 4+i & 4 & 7\\ -2i & 7  & 5 \end{bmatrix}

عاشراً: مصفوفة الصف الواحد أو متجه الصف Row Vector

وهي عبارة عن مصفوفة مستطيلة (أو غير مربعة) تكون عدد الصفوف فيها يساوي واحد. أي أنه تحتوي على صف واحد فقط. حيث أن عدد الأعمدة يشير الى بعد تلك المصفوفة في الفضاء الإقليدي \(\mathbb{R}^{2}\)، وهي تتبع القاعدة  \(a_{ij}\) حيث \(i=1\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 2 & 4 & 5 &1 \end{bmatrix} ذات البعد \(1\times j\).

حادي عشر: مصفوفة العمود الواحد أو متجه العمود Column Vector

وهي عبارة عن مصفوفة مستطيلة (أو غير مربعة) تكون عدد الأعمدة فيها يساوي واحد. أي أنه تحتوي على عمود واحد فقط. حيث أن عدد الصفوف يشير الى بعد تلك المصفوفة في الفضاء الإقليدي \(\mathbb{R}^{2}\) بشكل عمودي، وهي تتبع القاعدة \(a_{ij}\) حيث \(i=1\). ومن الأمثلة عليها المصفوفة \begin{bmatrix} 4\\ 3\\ 5\\ 2 \end{bmatrix} ذات البعد \(i\times 1\). 

ثاني عشر: مصفوفة العدد الواحد Singleton Matrix

وهي عبارة عن مصفوفة عدد صفوفها يساوي عدد أعمدتها وتساوي واحد، أي أنها تشمل على عنصر واحد بداخلها فقط. وهي تتبع القاعدة التالية \(a_{ij}\) حيث أن \(i=j=1\)، ومن الأمثلة عليها \begin{bmatrix} 9 \end{bmatrix}.

أنواع المصفوفات التي تنتمي الى نفس الفئة

هنالك العديد من المصفوفات التي يمكنها أن تكتسب أكثر من وصف ككونها مصفوفة مربعة وغيرها، ومن الأمثلة عليها:

1- المصفوفة القطرية.

2- المصفوفة المثلثية.

3- مصفوفة الوحدة.

4- المصفوفة القياسية أو مصفوفة العدد الثابت.

5- المصفوفة المتماثلة.

6- المصفوفة الهرميتية. 

7- مصفوفة العدد الواحد.

كما وأن مصفوفة الصف الواحد ومصفوفة العمود الواحد هي شكل من أشكال المصفوفة المستطيلة. والمصفوفة الصفرية المربعة هي شكل من أشكال المصفوفة القطرية.

 

قائمة المصادر والمراجع References 

1- David S Watkins, Fundamentals of matrix computations, 1991.

2- Hans Schneider, Matrices and Linear Algebra, 1968.

google-playkhamsatmostaqltradent