Mục lục bài họcĐang ở d07-b4
Matrices as Transformations
A matrix is a machine that moves the plane
A $2\times2$ matrix $A=\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}$ acts on a vector by $A\begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}ax+by\\cx+dy\end{pmatrix}$. The whole transformation is determined by two facts: the first column is the image of $\langle1,0\rangle$, the second column is the image of $\langle0,1\rangle$.
Composition is multiplication — applying $A$ then $B$ is the single matrix $BA$ (rightmost acts first), and in general $AB\neq BA$: order matters.
The determinant measures area: $\det A=ad-bc$, and any region of area $S$ maps to a region of area $|\det A|\cdot S$. If $\det A=0$ the plane collapses onto a line and the transformation cannot be undone — no inverse matrix exists.
Named transformations: rotation by $\theta$ is $\begin{pmatrix}\cos\theta&-\sin\theta\\\sin\theta&\cos\theta\end{pmatrix}$ (determinant $1$: areas preserved); dilation by $k$ is $kI$ (determinant $k^2$).
Transition-state models: when a matrix's columns are probability distributions, repeated multiplication $\vec s_{n+1}=T\vec s_n$ pushes a population between states; many systems settle into a steady state $\vec s$ with $T\vec s=\vec s$.
Ma trận $2\times2$ là cái máy biến hình cả mặt phẳng, và toàn bộ cái máy được mã hoá trong hai cột: cột một là ảnh của $\langle1,0\rangle$, cột hai là ảnh của $\langle0,1\rangle$. Biết hai cột là biết mọi điểm đi đâu.
Ghép hai phép biến hình = nhân hai ma trận, và ma trận đứng bên phải tác động trước. Nói chung $AB\neq BA$ — quay rồi phóng khác phóng rồi quay đối với đa số phép, nên không được tự tiện đảo thứ tự.
Định thức $\det A=ad-bc$ là hệ số diện tích: miền diện tích $S$ biến thành miền diện tích $|\det A|\cdot S$. Định thức bằng $0$ nghĩa là cả mặt phẳng bị đè bẹp xuống một đường thẳng — phép biến hình mất thông tin, không có ma trận nghịch đảo.
Ma trận quay góc $\theta$: $\begin{pmatrix}\cos\theta&-\sin\theta\\\sin\theta&\cos\theta\end{pmatrix}$, định thức $1$ nên giữ nguyên diện tích. Mô hình chuyển trạng thái: khi mỗi cột của ma trận là một phân phối xác suất (cộng dọc bằng $1$), phép nhân lặp $\vec s_{n+1}=T\vec s_n$ đẩy dân số giữa các trạng thái, và hệ thường lắng về trạng thái dừng $T\vec s=\vec s$.
Cho $A=\begin{pmatrix}1&2\\0&1\end{pmatrix}$ (trượt ngang) và $R=\begin{pmatrix}0&-1\\1&0\end{pmatrix}$ (quay $90°$ ngược kim đồng hồ). Tìm ma trận của phép "quay trước, trượt sau" và ảnh của điểm $(1,1)$ qua phép đó.
Quay trước, trượt sau ⇒ $R$ tác động trước ⇒ ma trận ghép là $AR$ (viết phép làm sau bên trái):
$$AR=\begin{pmatrix}1&2\\0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}0&-1\\1&0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0\cdot1+2\cdot1 & -1+0\\ 0+1 & 0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}2&-1\\1&0\end{pmatrix}$$Ảnh của $(1,1)$: $\begin{pmatrix}2&-1\\1&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}$ — điểm này tình cờ đứng yên.
So sánh: $RA=\begin{pmatrix}0&-1\\1&2\end{pmatrix}\neq AR$. Cùng hai phép, đảo thứ tự là ra máy khác — kiểm chứng bằng chính điểm $(1,1)$: $RA\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-1\\3\end{pmatrix}$.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Parameters, Vectors, and Matrices gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.