Matris çeşitleri

Matris, bir matematiksel kavram olup, sayıları düzenli olarak dörtgen şeklinde düzenlemek için kullanılan bir tablodur.Matris, matematikte genellikle tablo benzeri bir yapıda verilen verileri düzenlemek için kullanılır. Katsayıların ve bilinmeyen değişkenlerin düzenli bir şekilde temsil edilmesine olanak tanır. Matrisler genellikle boyutlarına ve içerdikleri öğelerin türüne göre sınıflandırılabilir. Temel matris türleri şunlardır:

1. Karesel Matris: satır ve sütun sayısının eşit olduğu, yani kare şeklinde olan matristir. Kare matris, boyutu nxn tipinde bir matristir. Kare matrislerde determinant hesaplanabilir ve tersi alınabilir. Ayrıca özdeğerler ve özvektörler gibi önemli matris özellikleri kare matrislerle ilgilidir. Özellikle fizik, matematik ve mühendislik gibi alanlarda sıkça karşımıza çıkarlar.

2. Sütun Matrisi: Yalnızca bir sütun ve birden fazla satırdan oluşan matrislerdir. Sütun matrisinin boyutu mx1'dir.

3. Satır Matrisi: Yalnızca bir satır ve birden fazla sütundan oluşan matrislerdir. Satır matrisinin boyutu 1xn'dir.

4. Sıfır Matris: Tüm elemanları sıfır olan matrislerdir.

5. Birim Matris: Diagonalindeki elemanların 1, diğer elemanların 0 olduğu kare matrislerdir. Birim matrisler genellikle I harfi ile gösterilir.

6. Dik Matris: Bir kare matris ile bunun transpozu olan matris çarpıldığında birim matris bulunuyorsa bu matris dik (ortagonal) matristir. Bir matrisin determinantı bulunduktan sonra bu değerin karekökünün tersi ile bu ilk matris çarpıldığında ortaya çıkan kare matrislerdir.

7. Simetrik matrislerde ise elemanlar yatay veya dikey olarak simetridir. Yani transpoze matrisi kendisiyle aynı olan matristir. Simetrik bir matris, köşegeni etrafında simetrik olan kare matristir. Yani, matrisin transpozunu aldığımızda başlangıçtaki matrisi aynen elde ederiz. Kare matris olmayan bir matris simetrik veya ters simetrik matris olmaz. Simetrik matrisler genellikle özel matris işlemlerinde, lineer cebirde ve karmaşık sistemlerin analizinde yaygın olarak kullanılır. Bir simetrik matris örneği aşağıdaki şekilde olabilir. Örnekte verilen bu matris, simetrik bir matristir çünkü matrisin diagonal çizgisi (sol üstten sağ alta doğru) aynı değerlere sahiptir ve matrisin üzerindeki ve altındaki elemanlar simetriktir.

Matristeki verilen elemanlar, köşegene göre hem simetrik hem de işaretleri de değişmiş ise o zaman ters simetrik matris olur.

8. Üçgensel matris, üçgen formda olan bir kare matristir. Üst üçgensel matris ve alt üçgensel matris olmak üzere iki tür üçgensel matris vardır. Üst üçgensel matrisde üst üçgen kısmı sıfırdan farklı elemanlar ile doluyken, alt üçgensel matrisin alt üçgen kısmı sıfırdan farklı elemanlar ile doludur. Kısaca, üst üçgensel matris: Köşegen altındaki üçgenin tüm elemanları sıfır olan matristir. Alt üçgensel matris: Köşegen üstündeki üçgenin tüm elemanları sıfır olan matristir. Üçgensel matrisler, belirli matris işlemlerini daha kolay hale getirebilir ve sistemin çözümünü hızlandırabilir. Bir üçgensel matrisin çözümü genellikle daha hızlı ve daha basit olabilir çünkü sıfır olmayan elemanlar belirli bir desen takip eder. Üçgensel matrislerin çözümü daha kolay ve hızlıdır çünkü doğrudan uygulanan algoritmalarla daha düzgün ve basit bir yapıya sahiptir. Bu tür matrisler genellikle Gaussian eliminasyon yöntemi gibi işlemlerde tercih edilir.

9. Diagonal matris: Köşegen üzerindeki elemanları farklı olan matristir. Diagonal matris, köşegen dışındaki tüm elemanlarının sıfır olduğu bir kare matristir. Yani bir kare matrisin sadece köşegen elemanlarından oluşur. Örneğin, 3x3 boyutunda bir diagonal matris aşağıdaki gibi olabilir:

Diagonal matrisler genellikle lineer cebir ve matris hesaplamalarında kullanılır. Özellikle matris denklemlerini çözerken, matriksin köşegen elemanlarının dışındaki tüm elemanları sıfır olduğu için bazı hesaplamaları kolaylaştırırlar. Diagonal matrisler ayrıca veri analitiğinde, sinyal işlemede ve görüntü işlemede de kullanılır. Örneğin, bir veri setindeki kovaryans matrisinin bir türü olan diyagonal matrisler, değişkenler arasındaki ilişkiyi belirtirken kullanılabilir.

10. Skaler matris: Bir matrisin köşegen üzerindeki tüm elemanları aynı reel sayı olan ve diğer bütün elemanları 0 olan matristir. Birim matrisin, bir  skaler ile çarpımı, birim matrisin her elemanını bir sabit sayı değeriyle çarpmaktır. Bu işlem, matris elemanlarını ölçeklendirmek için kullanılır ve matrisin boyutunu değiştirmez. Örnek olarak, A matrisi için k sabiti ile skaler çarpım işleminde birim matrisin tüm elemanları k sayısı ile tek tek çarpılır ve aynı konuma yazılarak yeni bir matris B matrisi şeklinde gösterilir, burada ilk matris A ve son matris B matrislerinin elemanları tamsayı, ondalık sayı veya diğer sayı türleri çarpım şeklinde olabilir. Aşağıda k=5 skaler matridine karşılık gelen 4x4 bir kare matris örneği verilmiştir. Skaler matriste sıfırlar yazılmadan sadece köşegen üzerindeki sayı yazılarak matris formu gösterilebilir.

11. Dairesel matris, her satır ve her sütunun bir önceki satır ve sütunla dairesel bir şekilde bağlantılı olduğu matristir. Bir satırın bitiminde yer alan eleman ile bu satırdan sonraki gelen ilk satırın ilk elemanı aynı şekilde başlar ve bu şekilde zincir gibi devam eder. Bu dairesel matrisler genellikle dairesel simetriye veya döngüsel yapıların temsiline uygun olan durumlar için kullanılır. Köşegenin dışındaki elemanların sırası, bir döngü oluşturacak şekilde düzenlenmiştir. Dairesel matris, kare matrisin bir türüdür ve köşegeni etrafında simetrik olarak düzenlenmiş elemanları içerir. Bu matris türü genellikle hassas döner sistemlerin ve simetrik yapıların modellenmesinde kullanılır. Dairesel matrislerde genellikle köşegen dışındaki elemanlar sıfır olabilir, bu da matrisin özel bir formunu oluşturur. Matematik ve mühendislikte yaygın olarak kullanılan bu matris türü, özellikle dairesel simetri özellikleri taşıyan sistemleri analiz etmek için yararlıdır. Dairesel matrisler, lineer cebir ve diferansiyel denklemler gibi birçok alanda önemli bir rol oynar.

Bu temel türler matrislerin bazı örnekleridir. Matrisler daha karmaşık çeşitlere de sahip olabilir.

Matrisin minörü, bir matrisin her bir elemanının çıkarıldığı minör matrisi oluşturan işlemdir. Yani, bir matrisin herhangi bir satır ve herhangi bir sütunundan çıkarılan elemanlardan oluşan yeni bir matristir. Ana matristen bir sütun ve bir satır çıkartılarak elde edilen altmatrise kısa o mattidin minörü denir. Örneğin, 3x3'lük bir matrisin minörü, 2x2'lik bir altmatristir ve başlangıç matrisinden bir satır ve bir sütun çıkarılarak elde edilir. Hangi satır ve sütunun çıkarıldığı minörde indis biçiminde yazılarak gösterilir. Matrisin minörü, ana matrisin bir altkümesini temsil eder ve genellikle determinant ve ters matris hesaplamalarında kullanılır. Matrisin minörü, matrisin belirli bir elemanını dahil etmeyen kısmını ifade eder. Bu işlem, matris hesaplamalarında önemli bir rol oynar.Matris minörleri genellikle determinan hesaplamalarında ve lineer cebir problemlerinde kullanılır.

Bir matrisin minörü; genellikle o matrisin determinantını bulmak için kullanılır. Bir matrisin belirli bir minörünün determinantı, bu minör matrisin sütunları ve satırları üzerinden hesaplanarak belirlenebilir. Minörü bulmak, matrisin determinantını hesaplarken kritik bir rol oynar.

Kofaktör matrisi; bir matrisin her elemanının kofaktörlerini içeren matristir. Ana matrisin her elemanının kofaktörü, o elemanın bulunduğu satır ve sütun çıkarıldıktan sonra kalan determinantın değeridir. Kofaktör matrisi, bir kare matrisin her bir elemanının kofaktörlerden oluşan bir matristir. Kofaktör, bir matrisin her bir elemanı için oluşturulan yardımcı bir matristir ve genellikle matrisin determinantını hesaplamakta kullanılır. Bir matrisin kofaktör matrisi genellikle şu adımlarla bulunur: 

1. Her bir elemana ait, satır ve sütunlar çıkarılarak minör matrisi bulun. 2. Minör matrislerin determinantını  hesaplayın. 3. Hesaplanan determinanta göre her bir elemanın ayrı ayrı kofaktörünü pozitif veya negatif olarak belirleyin. Kofaktör, determinantın pozitif veya negatif olması, elemanın bulunduğu satır ve sütunun toplam değerine bağlı olarak belirlenir. Satır ve sütun değerleri toplamı tek ise negatif, çift ise pozitif olur. Örneğin 2.satır 3.sütun elemanın kofaktörünü belirlerken (2+3=5 tek olduğundan) negatif işaret alınır. 4. Bütün bu hesaplamalardan sonra kofaktör matrisi elde edilir.

Kofaktör matrisi genellikle transpoze edilince adjoint matrisi elde edilir. Adjoint matrisi, matrisin tersini bulmada kullanılır.