بحث رياضيات عن المصفوفات أنواعها .. بحث عن المصفوفات شامل

هدى عبد السلام 30 يوليو، 2019

إليكم بحث رياضيات عن المصفوفات التي تدخل في الكثير من المجالات الهامة التي نقوم باستخدامها في حياتنا اليومية، كما تعتمد عليها معظم النظم الاقتصادية حول العالم، ولها الكثير من الخصائص، والنظريات الرياضية التي تُفسر وجودها، وكيفية عملها، واستعمالها، وفي هذا المقال اليوم من موسوعة نُقدم لكم بحث كامل عن المصفوفات، وخصائصها، وأنواعها، واستخداماتها.

بحث رياضيات عن المصفوفات أنواعها واستخداماتها وتعريفها

بحث عن المصفوفات

بحث عن المصفوفات

  • المصفوفة هي مجموعة مستطيلة من الأرقام، أو الرموز الرياضيات الأخرى، ويتم فيها تحديد العمليات الرياضية، مثل الإضافة والضرب.
  • والأكثر شيوعًا هو أن تكون المصفوفة الخاصة بالرمز س عبارة عن مجموعة مستطيلة من المقاييس، وكلٌ منها عضو في س أي أن المصفوفات تكون عناصرها أرقامًا حقيقية، أو أرقامًا معقدة.

تسمى الأرقام، أو الرموز، أو التعبيرات في المصفوفة الإدخالات، أو العناصر، كما تُسمى الخطوط الأفقية، والخطوط العمودية للإدخالات في المصفوفة الصفوف والأعمدة على التوالي.

تقدير حجم المصفوفات

  • يُحدد حجم المصفوفات طبقًا لما تحتويه من أعداد أعمدة وصفوف، ويتم الرمز للمصفوفة باستخدام هذا الرمز (م ن)، أما رمز الأعمدة المصفوفة فهو ب (وم × ن) أو (م ن- by)، أما أبعاد المصفوفة فيتم استخدام الرمز التالي لها (م و ن).
  • ويُطلق اسم نواقل التالي على المصفوفة التي تشتمل على صفًا واحدًا، ويُطلق اسم ناقلات العود على المصفوفة التي تشتمل على عمودًا واحدًا، أما المصفوفة المربعة فهو الاسم الذي يُطلق على المصفوفة التي عدد صفوفها وأعمدتها واحد.
  • والمصفوفة اللانهائية هي تلك المصفوفة التي لا تحتوي على عدد معين من الصفوف والأعمدة، أما المصفوفة الفارغة فهي التي لا تحتوي على أية صفوف أو أعمدة.

العمليات الرياضية للمصفوفات

  • العمليات الرياضية دائمًا ما تكون داخل المصفوفة الواحدة، أو بين مصفوفتين.
  • حيث أن هناك عدد من العمليات الأساسية التي يمكن تطبيقها لتعديل المصفوفات، وبها تُسمى المصفوفة مصفوفة الجمع، مصفوفة الضرب العددية ، مصفوفة التبديل، ضرب المصفوفة، مصفوفة عمليات الصف، ويُمكن إجراء العمليات الأساسية الآتية في المصفوفات:

ضرب المصفوفات

  • يتم تعريف ضرب اثنين من المصفوفات إذا كان عدد أعمدة المصفوفة الأولى هو نفس عدد صفوف المصفوفة الثانية.

    إذا كانت س عبارة عن مصفوفة أ×ب و ص عبارة عن مصفوفة ب×ج؛ فإن منتجها المصفوفة (س ص) هو المصفوفة أ×ج التي يتم تقديم إدخالاتها بواسطة المنتج النقطي للصف المقابل من س والمطابقة عمود ص.

  • وبناءً على ذلك؛ فإن عملية الضرب بين مصفوفتين تحدث شريطة أن يكون لها نفس الحجم، أي تحتوي كل مصفوفة على نفس عدد الصفوف، ونفس عدد الأعمدة الموجودة في الأخرى.
  • يمكن إضافة مصفوفتين، أو طرحهما في العناصر، ومع ذلك فإن قاعدة ضرب المصفوفة هي أنه لا يمكن ضرب مصفوفتين إلا عندما يكون عدد الأعمدة في الأول يساوي عدد الصفوف في الثانية، أي أن الأبعاد الداخلية هي نفسها؛ حيث أن ب بالنسبة لـ (أ× ب) – المصفوفة (ب× ج) – المصفوفة؛ يؤدي إلى (أ× ج) – المصفوفة لا يوجد لها منتج في الاتجاه الآخر، كما يدل على  أن تكاثر المصفوفة غير تبادلي، ويمكن أن تتضاعف أي مصفوفة بواسطة القيمة العددية من الصف، أو العمود المقابل له في عملية الضرب.
  •  جمع وطرح المصفوفات
  • ويُشترط في هاتين العمليتين تساوي المصفوفات في الحجم، أي أن تكون المصفوفتين متساويتان في أعداد الأعمدة والصفوف.
  • وعلى سبيل المثال إذا كانت مصفوفة ما تحتوي على 4 صفوف و 6 أعمدة، فيجب أن تكون المصفوفة الأخرى تحتوي أيضًا على 4 صفوف و 6 أعمدة حتى يمكن جمعها على المصفوفة الأولى، ولا يمكن أن تُجمع إلى مصفوفة أخرى تختلف فيها أعداد الصفوف والأعمدة عنها.
  • وتتم عمليتي الجمع والطرح بين المصفوفتين من خلال جمع العنصرين المتطابقين في المكان بينهما.
  • عمليات الصف

هناك ثلاثة أنواع من عمليات الصف:

  • إضافة صف، وهذا يعني إضافة صف إلى آخر.
  • ضرب الصف، وهو ضرب جميع إدخالات الصف من خلال عامل ثابت غير صفري.
  • تبديل الصف، وهذا يعني التبادل بين صفين من المصفوفة.

يتم استخدام هذه العمليات بعدة طرق، بما في ذلك حل المعادلات الخطية، والعثور على المصفوفات العكسية.

محدد المصفوفات الرياضية

  • حتى يتمكن العلماء من الوصول إلى حلول لبعض المصفوفات الرياضية، قاموا بوضع محدد تلك المصفوفات والذي يتم استخدامه في أكثر من تطبيق في مجال الرياضيات مثل إيجاد معكوس المصفوفة وحل نظام المعادلات الخطية وغيرها.
  • ويتميز محدد المصفوفات الرياضية بأنه إذا كانت المصفوفة مربعة فلا يمكن معرفة المحدد لأنه عدد حقيقي، وفي حالة أن تلك المصفوفة لا تساوي صفر فإنه لا يمكن إيجاد المعكوس فيها فقط.
  • مما ينتج عنه عدم القدرة على استخدام تلك المصفوفة للتعبير عن المحدد بنفس الرمز المُستخدم في التعبير عن قيم المصفوفة المطلقة.

وعلى سبيل المثال، إذا كانت المصفوفة تحتوي على 3 صفوف و 3 أعمدة أي أن أبعادها 3×3، فيمكن استخدام معادلة محدد المصفوفة من أجل إيجاد قيمتها، وتلك المعادلة هي (القيمة العليا في اليمين× القيمة السفلى في اليسار) – (القيمة العليا في اليسار× القيمة السفلى في اليمين).

معكوس المصفوفات الرياضية

يُعرف معكوس المصفوفة الرياضية بأنه المصفوفة التي ينتج عن ضربها في المصفوفة الأصلية مصفوفة الوحدة.

وتُعد مصفوفة الوحدة هي التي يحتوي قطرها على عناصر هي رقم 1 فقط، وبقية عناصرها عبارة عن أصفار، ويتم إيجاد معكوس المصفوفة طبقًا لأبعادها المختلفة.

المعادلات الخطية

المعادلة الخطية، ونظام المعادلات الخطية يمكن استخدامه في المصفوفات؛ للكتابة، والعمل مع معادلات خطية متعددة، أي أنظمة المعادلات الخطية، فعلى سبيل المثال: إذا كانت س عبارة عن مصفوفة (أ×ب) تقوم بتعيين متجه عمود أي مصفوفة (ب× 1) للمتغيرات بx1 و x2 و ب x و هـ هي (س-× 1) ناقل العمود، ثم معادلة المصفوفة.

أنواع المصفوفات

مصفوفة قطرية وثلاثية

على سبيل المثال إذا كانت جميع الإدخالات س أسفل القطر الرئيسي تساوي صفرًا؛ فإن س تسمى المصفوفة المثلثة العليا، وبالمثل، إذا كانت جميع الإدخالات س أعلى القطر الرئيس تساوي صفرًا؛ فإن س تسمى المصفوفة المثلثة السفلية، وإذا كانت جميع الإدخالات خارج القطر الرئيس تساوي صفرًا؛ فستُسمى س مصفوفة قطرية.

المصفوفة القياسية

وهي مصفوفة قطرية تحتوي على عناصر متساوية وتقع على خط يصل بين الطرف العلوي الأيمن والطرف السفلي الأيسر.

مصفوفة الهوية

مصفوفة الهوية في الحجم ب هي مصفوفة (ب×ب) التي تكون فيها جميع العناصر الموجودة في القطر الرئيس تساوي 1، وجميع العناصر الأخرى تساوي صفر، على سبيل المثال ،

مصفوفة الوحدة

وهي مصفوفة قطرية ومربعة تحتوي على عدد متساوي من الأعمدة والصفوف، ويمكن أن تصل أعمدتها وصفوفها إلى أي عدد، أما عن قطرها فهو يتكون من رقم 1 فقط، وعند ضرب مصفوفة الوحدة في مصفوفة أخرى فهي تنتج المصفوفة الأخرى ذاتها.

مصفوفة التماثل

  • مصفوفة متماثل، أو متماثل المصفوفة المربعة س التي تساوي نقلها؛ أي سτ= س، هي مصفوفة متماثلة، وإذا كان س يساوي بدلاً من ذلك رقم سلبي ينقله؛ أي A = س¯τ، ثم س عبارة عن مصفوفة متماثلة الانحراف.
  • في المصفوفات المعقدة يتم استبدال التماثل في كثير من الأحيان بمفهوم المصفوفات الهرمية، والذي يُفيد بأن ∗س = س؛ حيث تشير النجمة إلى التحويل المتزامن للمصفوفة، أي تبديل المرافقة المعقدة لـ س.
  • من خلال النظرية الطيفية؛ تتمتع المصفوفات المتماثلة الحقيقية، والمصفوفات الهرمية المعقدة بمتلازمة القاعدة الخاصة، بمعنى أن كل ناقل يكون قابلًا للتعبير على أنه مزيج خطي من المتجهات الذاتية، وفي كلتا الحالتين تكون جميع القيم الذاتية حقيقية، ويمكن تعميم هذه النظرية على مواقف لا نهائية ذات صلة بالمصفوفات التي تحتوي على عدد غير محدود من الصفوف، والأعمدة.
  • تكون المصفوفة المتماثلة موجبة محددة، وإذا كانت جميع القيم الذاتية موجبة؛ فهذا يعني أن المصفوفة تكون موجبة، وشبه منتهية، وتكون قابلة للانعكاس.

المصفوفة المقلوبة

المصفوفة المقلوبة،أو المعكوسة تسمى أيضًا المصفوفة المربعة س معكوسة، أو غير مفردة في حالة وجود مصفوفة ص من هذا النوع ص س= س ص= بι؛ حيث بι عبارة عن مصفوفة هوية (ب× ب) على القطر الرئيسي وفي مكان آخر، وإذا كانت ص موجودة؛ فهي فريدة من نوعها، وتسمى المصفوفة العكسية لـ س، والمشار إليها بـ س− 1.

المصفوفة المتعامدة

المصفوفة المتعامدة هي مصفوفة مربعة ذات إدخالات حقيقية تكون أعمدتها، وصفاتها متجهات وحدة متعامدة، أي متجهات متعامدة، وبصورة مماثلة وتكون المصفوفة س متعامدة إذا كان تبديلها مساويًا لعكسها.

استخدامات المصفوفات

  • تم العثور على تطبيقات المصفوفات في معظم المجالات العلمية، مثل:
  • في كل فرع من فروع الفيزياء، بما في ذلك الميكانيكا الكلاسيكية، والبصريات، والكهرومغناطيسية، والميكانيكا الكم والديناميكا الكهربائية الكمية، كما يتم استخدامها لدراسة الظواهر الفيزيائية، مثل حركة الأجسام الصلبة.
  • تُستخدم في رسومات الكمبيوتر، ويتم استخدامها لمعالجة النماذج ثلاثية الأبعاد، وعرضها على شاشة ثنائية الأبعاد.
  • في نظرية الاحتمالات، والإحصاءات، كما يتم استخدام مصفوفات عشوائية في وصف مجموعات من الاحتمالات، على سبيل المثال يتم استخدامها داخل خوارزمية تصنيف الصفحات التي تصنف الصفحات في بحث Google.
  • حساب التفاضل، والتكامل المصفوف يعمم المفاهيم التحليلية الكلاسيكية، مثل المشتقات، والأسس إلى أبعاد أعلى.
  • تُستخدم المصفوفات في الاقتصاد لوصف أنظمة العلاقات الاقتصادية.
  • يكرس فرع رئيس من التحليل العددي لتطوير خوارزميات فعالة لحسابات المصفوفة، وهو موضوع عمره قرون، ويعد اليوم مجالا موسعا للبحث.
  • تعمل طرق تحلل المصفوفة على تبسيط الحسابات من الناحية النظرية والعملية.
  • الخوارزميات المصممة وفقًا لهياكل مصفوفة معينة، مثل المصفوفات المتناثرة، والمصفوفات القريبة من القطر.
  • تسريع العمليات الحسابية في طريقة العناصر المحددة، وغيرها من العمليات الحسابية.
  • تحدث المصفوفات اللانهائية في نظرية الكواكب، والنظرية الذرية، وكمثال بسيط للمصفوفة اللانهائية هو المصفوفة التي تمثل عامل مشتق، والذي يعمل على سلسلة تايلور للدالة.

 

وبهذا نكون قد وصلنا إلى ختام مقالنا اليوم الذي تناول بحث رياضيات عن المصفوفات والذي عرضنا من خلاله تعريف المصفوفات وكيفية تقدير حجمها والعمليات الرياضية فيها وأنواعها وأهم استخداماتها.

للمزيد من المعلومات يمكنكم تصفح بحث عن المصفوفات.

المراجع

1

بحث رياضيات عن المصفوفات أنواعها .. بحث عن المصفوفات شامل

المزيد من المواضيع

اسماء الله الحسنى تهنئة عيد ميلاد صباح الخير اذاعة مدرسية شكر وتقدير دعاء ختم القران دعاء للمريض دعاء الصباح صلاة الاستخارة خاتمة بحث قصص اطفال نظام نور ولي الأمر تسجيل دخول اوزمبك صندوق البريد الرياض معنى سايكو فواكه بدون نقاط اسم محمد بالانجليزي خواطر جميلة رسوم تجديد الاستمارة كوكسيكام ابرة اوزمبك دريم ووتر ايات السكينه استقدام من الفلبين ابر اوزمبك اسامي قطط بسكوبان نظام نور ولي الأمر تسجيل دخول 1445 الامن والسلامة أقرب جهاز أبشر من موقعي مقدمة بحث الثقافة الملبسية نظام نور برقم الهوية 1445 هل ريتا مشروب طاقه حكم التشهد الأول والاخير الحروف الانجليزيه بحث عن التبرير والبرهان تجربتي مع حبوب فيروجلوبين موعد صلاة القيام تنزيل الدورة خلال ساعة تحاميل روفيناك نظام نور ولي الأمر مواعيد رحلات القطار جماد بحرف ذ بلاد بحرف و اساسيات الضوء جماد بحرف ن روفيناك تجربتي مع بخاخ افوجين حكمة قصيرة معناها جميل جداً اقرب مطعم من موقعي علم تسجيل الدخول مشروبات ستار باکس الباردة يوزرات انستا بارنز منيو هل يغفر الله ممارس العادة اسئلة محرجة 18 اسماء قطط ذكور شروط حافز همزة الوصل والقطع تخصصات الجامعة العربية المفتوحة برزنتيشن الأشهر الميلادية مقابل الهجرية الرمز البريدي الطائف أصحاب السبت متى يبدأ مفعول العصفر الوزغ في المنام بشارة خير سايكو معنى مواضيع برزنتيشن اسئلة مسابقات للكبار افضل كفرات صينيه اسماء بنات 2023 خاتمة تقرير ريلاكسون وقت صلاة القيام بلاد بحرف الواو الرمز البريدي الدمام فيروجلوبين معنى غبقة دوسباتالين ريتارد مخالفة قطع الاشارة تجربتي مع الميلاتونين فلاجيل 500 حبوب كوكسيكام رقم شيخ مفتي حبوب اومسيت روفيناك د