เมทริกซ์ผกผันคือเมทริกซ์ที่ย้อนผลของอีกเมทริกซ์หนึ่ง สำหรับเมทริกซ์จัตุรัส AA เมทริกซ์ผกผันเขียนเป็น A−1A^{-1} และเป็นไปตามเงื่อนไข

AA−1=A−1A=IAA^{-1} = A^{-1}A = I

โดยที่ II คือเมทริกซ์เอกลักษณ์ พูดง่าย ๆ คือ การคูณด้วย A−1A^{-1} จะล้างผลของการคูณด้วย AA

ไม่ใช่ทุกเมทริกซ์จะมีเมทริกซ์ผกผัน เมทริกซ์นั้นต้องเป็นเมทริกซ์จัตุรัส และสำหรับเมทริกซ์จัตุรัส เงื่อนไขสำคัญคือ det⁡(A)≠0\det(A) \ne 0

เมทริกซ์ผกผันทำหน้าที่อะไร

ลองมองการคูณเมทริกซ์เป็นการแปลง ถ้า AA ทำให้เกิดการยืด การหมุน หรือการผสมพิกัด แล้ว A−1A^{-1} จะย้อนการแปลงนั้นและพาคุณกลับไปยังจุดเริ่มต้น

นี่จึงเป็นเหตุผลที่เมทริกซ์เอกลักษณ์ปรากฏอยู่ในนิยาม เมทริกซ์เอกลักษณ์ไม่เปลี่ยนเวกเตอร์ ดังนั้นเมื่อได้ II จึงหมายความว่าเมทริกซ์ทั้งสองหักล้างกันพอดี

เมทริกซ์ผกผันมีเมื่อใด

มี 2 เงื่อนไขที่สำคัญ:

  1. เมทริกซ์ต้องเป็นเมทริกซ์จัตุรัส
  2. ดีเทอร์มิแนนต์ต้องไม่เป็นศูนย์

สำหรับเมทริกซ์ 2×22 \times 2 ดีเทอร์มิแนนต์คือ ad−bcad-bc ถ้า ad−bc=0ad-bc=0 เมทริกซ์นั้นจะไม่มีเมทริกซ์ผกผัน

สูตรเมทริกซ์ผกผันของเมทริกซ์ 2x2

สำหรับเมทริกซ์ 2×22 \times 2

A=[abcd],A = \begin{bmatrix} a & b \\ c & d \end{bmatrix},

เมทริกซ์ผกผันจะมีได้ก็ต่อเมื่อ

ad−bc≠0ad - bc \ne 0

ถ้าเงื่อนไขนี้เป็นจริง เมทริกซ์ผกผันคือ

A−1=1ad−bc[d−b−ca]A^{-1} = \frac{1}{ad-bc} \begin{bmatrix} d & -b \\ -c & a \end{bmatrix}

สูตรนี้ใช้ได้เฉพาะกับเมทริกซ์ 2×22 \times 2 เท่านั้น เมทริกซ์ที่มีขนาดใหญ่กว่านี้ต้องใช้วิธีอื่น เช่น การลดรูปแถว

ตัวอย่างการหาเมทริกซ์ผกผัน 2x2

จงหาเมทริกซ์ผกผันของ

A=[4726]A = \begin{bmatrix} 4 & 7 \\ 2 & 6 \end{bmatrix}

ขั้นที่ 1: ตรวจสอบว่ามีเมทริกซ์ผกผันหรือไม่

คำนวณดีเทอร์มิแนนต์:

det⁡(A)=4⋅6−7⋅2=24−14=10\det(A) = 4 \cdot 6 - 7 \cdot 2 = 24 - 14 = 10

เนื่องจาก 10≠010 \ne 0 เมทริกซ์นี้จึงผกผันได้

ขั้นที่ 2: ใช้สูตร 2x2

สลับสมาชิกบนแนวทแยง เปลี่ยนเครื่องหมายของสมาชิกนอกแนวทแยง แล้วหารด้วยดีเทอร์มิแนนต์:

A−1=110[6−7−24]A^{-1} = \frac{1}{10} \begin{bmatrix} 6 & -7 \\ -2 & 4 \end{bmatrix}

ขั้นที่ 3: ตรวจสอบโดยคูณกลับ

[4726]110[6−7−24]=110[24−14−28+2812−12−14+24]=[1001]\begin{bmatrix} 4 & 7 \\ 2 & 6 \end{bmatrix} \frac{1}{10} \begin{bmatrix} 6 & -7 \\ -2 & 4 \end{bmatrix} = \frac{1}{10} \begin{bmatrix} 24 - 14 & -28 + 28 \\ 12 - 12 & -14 + 24 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}

การตรวจสอบนี้สำคัญมาก เมทริกซ์ที่เสนอว่าเป็นเมทริกซ์ผกผันจะถูกต้องก็ต่อเมื่อผลคูณออกมาเป็นเมทริกซ์เอกลักษณ์

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการหาเมทริกซ์ผกผัน

  1. พยายามหาผกผันของแต่ละสมาชิกแยกกัน โดยทั่วไป เมทริกซ์ผกผันไม่ได้หาได้จากการนำสมาชิกแต่ละตัวไปกลับเศษ
  2. ลืมตรวจสอบเงื่อนไขการมีอยู่ ถ้า det⁡(A)=0\det(A) = 0 เมทริกซ์จะไม่มีเมทริกซ์ผกผัน
  3. สับสนเรื่องการเปลี่ยนเครื่องหมายในสูตร 2×22 \times 2 สมาชิกนอกแนวทแยงต้องเปลี่ยนเครื่องหมาย ส่วนสมาชิกบนแนวทแยงต้องสลับตำแหน่งกัน
  4. ข้ามขั้นตอนการตรวจด้วยการคูณ ถ้าผลคูณไม่ใช่ II แสดงว่าเมทริกซ์ผกผันนั้นไม่ถูกต้อง

เมทริกซ์ผกผันถูกใช้ที่ไหน

เมทริกซ์ผกผันใช้เมื่อคุณต้องการย้อนกระบวนการเชิงเส้น ในวิชาพีชคณิตเชิงเส้นเบื้องต้น มักหมายถึงการแก้ระบบสมการอย่าง Ax=bAx=b โดยเขียนเป็น

x=A−1bx = A^{-1}b

เมื่อ AA ผกผันได้ แนวคิดเดียวกันนี้ยังปรากฏในเรื่องการเปลี่ยนพิกัด การแปลงเชิงเส้น และแบบจำลองบางอย่างในข้อมูลและวิศวกรรม

ในทางปฏิบัติ คนมักแก้ระบบสมการด้วยการลดรูปแถวหรือวิธีเชิงตัวเลข แทนการคำนวณเมทริกซ์ผกผันทั้งหมดด้วยมือ ถึงอย่างนั้น เมทริกซ์ผกผันก็ยังเป็นแนวคิดสำคัญ เพราะช่วยอธิบายว่าเมื่อใดระบบจะมีคำตอบเดียว และการย้อนการแปลงหมายถึงอะไร

วิธีตรวจคำตอบอย่างรวดเร็ว

เมทริกซ์ผกผันควรย้อนผลของเมทริกซ์เดิมได้จริง ไม่ใช่แค่ดูเหมือนถูก วิธีตรวจที่เร็วที่สุดคือคูณเมทริกซ์เดิมกับคำตอบของคุณ ถ้าไม่ได้เมทริกซ์เอกลักษณ์ แสดงว่าคำตอบไม่ถูกต้อง

ลองทำด้วยตัวเอง

ลองหาเมทริกซ์ผกผันของ

[3152]\begin{bmatrix} 3 & 1 \\ 5 & 2 \end{bmatrix}

เริ่มจากตรวจสอบดีเทอร์มิแนนต์ จากนั้นคำนวณเมทริกซ์ผกผันและคูณกลับเพื่อดูว่าได้ II หรือไม่ ถ้าต้องการตรวจต่ออย่างรวดเร็วหลังจากทำด้วยมือแล้ว ลองใส่โจทย์ของคุณในตัวแก้สมการและเปรียบเทียบผลคูณ ไม่ใช่ดูแค่สมาชิกสุดท้าย

ต้องการความช่วยเหลือในการแก้โจทย์?

อัปโหลดคำถามของคุณแล้วรับคำตอบแบบทีละขั้นตอนที่ผ่านการตรวจสอบในไม่กี่วินาที

เปิด GPAI Solver →