逆行列

逆行列

執筆済 数学線形代数
AA−1=A−1A=I

A が表す線形写像の逆写像にあたる行列。

存在条件#

正方行列 A について、次はすべて同値。

  • A−1 が存在する
  • det⁡A≠0(行列式が 0 でない)
  • ランクが n(フルランク)
  • 列ベクトルが線形独立
  • Ax=0⇒x=0
  • 固有値に 0 が無い

どれか 1 つ確かめれば残りも言える。

計算してはいけない#

Ax=b を解くとき、A−1 を求めて掛けるのは悪手。

  • 計算量が多い(𝒪(n3) だが定数が大きい)
  • 数値誤差が大きい

LU 分解して前進・後退代入する方が速く、精度も良い。 NumPy でも np.linalg.solve(A, b) を使い、 inv(A) @ b は避けるのが定石。

悪条件#

det⁡A が 0 に近いと、A−1 は存在しても 数値的に信用できない。この度合いを測るのが 条件数で、 κ(A)=‖A‖‖A−1‖ が大きいほど、 入力の小さな誤差が解に拡大される。

参考文献#

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