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<title>chapA.xml</title>
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<body><div>
<table width="100%"><tr><td>
 <a href="index.xml">HEAD</a></td><td align="right">
 <a href="chap13.xml">PREVIOUS
</a></td></tr></table>
 <a id="tth_chApA"></a><h1>
Appendix A <br />Summary of Matrix Algebra</h1>

<div class="p"><!----></div>
 <a id="tth_sEcA.1"></a><h2>
A.1&nbsp;&nbsp;Vector and Matrix Multiplication</h2> 

<div class="p"><!----></div>
<a 
id="matrix_multiplicationA1782"></a>We consider a vector <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">v</mi></mrow></math> of length <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi></mrow></math> (in an abstract vector
space of dimensions <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi></mrow></math>) to be an ordered sequence of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi></mrow></math>
numbers<a href="footnote.xml#tthFtNtBAD" id="tthFrefBAD"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow></mrow><mrow><mn>103</mn></mrow>
</msup>
</mrow></math></a>. The vector can be
displayed either as a column
<a id="columnvector">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">v</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mi>J</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


or as a row, which we regard as the <em>transpose</em>, denoted <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math>, of
the column vector:
<a id="rowvector">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">v</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
<mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mi>J</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


Vectors of the same dimensions can be added together so that the
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi>j</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> entry of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">u</mi><mo>+</mo><mi mathvariant="bold">v</mi></mrow></math> is <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi>u</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>.

<div class="p"><!----></div>
The scalar product of two vectors <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">u</mi></mrow></math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">v</mi></mrow></math>, in
vector notation is indicated by a dot, but in matrix notation the dot
is usually omitted. Instead we write it
<a id="scalarprod">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">u</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">v</mi><mo>=</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>u</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>v</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>
If we have a set of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>k</mi></mrow></math> column vectors <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">v</mi></mrow><mrow><mi>k</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>, for <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>&#x2026;</mo><mo>,</mo><mi>K</mi></mrow></math>, the
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi>j</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> element of the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi>k</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> vector
can be written, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jk</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>, and they can be arrayed compactly
one after the other as
<a id="matrixcol">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">V</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>12</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>K</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>22</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>K</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&dtdot;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>J</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>J</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">JK</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


This is a matrix. We can consider matrix multiplication to be a
generalization of the scalar product. So premultiplying a <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi><mo>&times;</mo><mi>K</mi></mrow></math> matrix
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">V</mi></mrow></math>, by a length <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi></mrow></math> row vector <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">u</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> gives a new row
vector of length <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>K</mi></mrow></math>
<a id="vecmatmul">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">u</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">V</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>u</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>u</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
<mo>,</mo><mo>&#x2026;</mo><mo>,</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>u</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jK</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>5</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


If we further have a set of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi></mrow></math> row vectors, we can display them as a
matrix
<a id="matrixrow">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>12</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>J</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>22</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>J</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&dtdot;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">MJ</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>6</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


(dispensing with the transpose notation for brevity and consistency). And
multiplication of the matrices <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow></math> (<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>J</mi></mrow></math>) and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">V</mi></mrow></math>
(<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>J</mi><mo>&times;</mo><mi>K</mi></mrow></math>) can be
considered to give an <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>K</mi></mrow></math> matrix:
<a id="matmult">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi><mi mathvariant="bold">V</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jK</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jK</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&dtdot;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">Mj</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">Mj</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>J</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>U</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">Mj</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jK</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>7</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


This is the definition of matrix multiplication. 
A matrix (or vector) can also be multiplied by a single number: a <em>scalar</em>,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow></math> (say). The <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="italic">jk</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>th element of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi><mi mathvariant="bold">V</mi></mrow></math> is
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi>
<msub><mrow><mi>V</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">jk</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>.

<div class="p"><!----></div>
<a 
id="matrix_transposeA1783"></a>The transpose of a matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo></mrow></math> is simply the matrix
formed from reversing the order of suffixes<a href="footnote.xml#tthFtNtBAE" id="tthFrefBAE"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow></mrow><mrow><mn>104</mn></mrow>
</msup>
</mrow></math></a>:
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msubsup><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ji</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>. The transpose of a product of two
matrices is therefore the reverse of the product of the transposes:
<a id="transpprod">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">B</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">B</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>

<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>8</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>
 <a id="tth_sEcA.2"></a><h2>
A.2&nbsp;&nbsp;Determinants</h2>

<div class="p"><!----></div>
<a 
id="determinantA2784"></a><a 
id="matrix_determinantA2785"></a>The determinant of a square matrix is a single scalar that is an
important measure of its character. Determinants may be defined
inductively. Suppose we know the definition of determinants of
matrices of size <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>&times;</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>. Define the determinant of an
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>M</mi></mrow></math> matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math> whose <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> entry is <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>, as the
expression
<a id="detdef">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>det</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>M</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>9</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math> is the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> <em>cofactor</em> of the matrix
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math>. The <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> cofactor of an <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>M</mi></mrow></math> matrix is
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mo>-</mo><mn>1</mn>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mi>j</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> times the
determinant of the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>&times;</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math> matrix obtained by removing the
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi>i</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> row and the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi>j</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">th</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math> column of the original matrix:
<a id="cofactor">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo>-</mo><mn>1</mn>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mi>j</mi></mrow>
</msup>
<mrow><mo>|</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>M</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>M</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>M</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">Mj</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">Mj</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">MM</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>10</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


The inductive definition is completed by defining the determinant of a
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mn>1</mn><mo>&times;</mo><mn>1</mn></mrow></math> matrix to be equal to its single element. The determinant
of a <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mn>2</mn><mo>&times;</mo><mn>2</mn></mrow></math> matrix is then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>22</mn></mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>12</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow>
</msub>
</mrow></math>, and of a
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mn>3</mn><mo>&times;</mo><mn>3</mn></mrow></math> matrix is
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>22</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>33</mn></mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>23</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>32</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>12</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>23</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>31</mn></mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>21</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>32</mn></mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>22</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>31</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>. 

<div class="p"><!----></div>
The
determinant of an <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>M</mi></mrow></math> matrix may equivalently be defined as
the sum over
all the <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>!</mo></mrow></math> possible permutations <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>P</mi></mrow></math> of the integers <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>M</mi></mrow></math>, of
the product of the entries <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<munder><mo>&Pi;</mo><mrow><mi>i</mi></mrow>
</munder>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
</msub>
</mrow></math> times the signum of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>P</mi></mrow></math>
(plus or minus 1 according to whether <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>P</mi></mrow></math> is even or odd):
<a id="permut">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo>
<munder><mo>&sum;</mo><mrow><mi>P</mi></mrow>
</munder>
<mi fontstyle="normal">sgn</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">)</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>,</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
</msub>
<mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mo>,</mo><mi>P</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>M</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
</msub>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>11</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


This expression shows that there is nothing special about the first
row in eq.&nbsp;(<a href="chapA.xml#detdef">A.9</a>). One could equally well have used any row,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi></mrow></math>, giving <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>M</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>;
or one could have used any column, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>j</mi></mrow></math>,  <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>M</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math>. All the results are the same.

<div class="p"><!----></div>
The determinant of the transpose of a matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math> is equal to its
determinant: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo></mrow></math>. The determinant of a product of
two matrices is the product of the determinants: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">B</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">B</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo></mrow></math>.  A matrix is said to be <em>singular</em> if its
determinant is zero, otherwise it is nonsingular. If a matrix has two
identical (or proportional, i.e.&nbsp;dependent) rows or two identical
columns, then its determinant is zero and it is
singular<a href="footnote.xml#tthFtNtBAF" id="tthFrefBAF"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow></mrow><mrow><mn>105</mn></mrow>
</msup>
</mrow></math></a>.

<div class="p"><!----></div>
 <a id="tth_sEcA.3"></a><h2>
A.3&nbsp;&nbsp;Inverses</h2>

<div class="p"><!----></div>
The <em>unit matrix</em> is square,
<a id="unitmatrix">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">I</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&delta;</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow><mn>1</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>1</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&dtdot;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>1</mn></mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>12</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


with ones on the diagonal and zeroes elsewhere. It may be of any size, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math>,
and if need be then denoted <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">I</mi></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow>
</msub>
</mrow></math>. For any <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>M</mi><mo>&times;</mo><mi>N</mi></mrow></math> matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math>, 
<a id="identity">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">I</mi></mrow><mrow><mi>M</mi></mrow>
</msub>
<mi mathvariant="bold">A</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mi>&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;</mi>
<mtext>and</mtext>
<mi>&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;</mi><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">I</mi></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>13</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>
<a 
id="matrix_inverseA3786"></a><a 
id="inverseA3787"></a>The <em>inverse</em> of a square matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math>, if it exists, is
another matrix written <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
</mrow></math> such that<a href="footnote.xml#tthFtNtBAG" id="tthFrefBAG"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow></mrow><mrow><mn>106</mn></mrow>
</msup>
</mrow></math></a>
<a id="inverse">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">A</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mi mathvariant="bold">I</mi><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>14</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>
A nonsingular square matrix possesses an inverse. A singular
matrix does not.

<div class="p"><!----></div>
The inverse of a matrix may be identified by considering the identity
<a id="invexpand">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>M</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">kj</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&delta;</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ik</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>15</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


For <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mi>k</mi></mrow></math>, this equality arises as the expansion of the determinant by
row <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi></mrow></math>. For <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi><mo>&ne;</mo><mi>k</mi></mrow></math>, the sum represents the determinant, expanded
by row <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>k</mi></mrow></math>, of a matrix in which the row <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>k</mi></mrow></math> has been replaced by a
copy of row <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi></mrow></math>. The modified matrix has two rows identical, so its
determinant is zero, as is <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&delta;</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>
<mo>,</mo><mi>&ensp;</mi><mi>i</mi><mo>&ne;</mo><mi>j</mi></mrow></math>. Now if we regard <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math> as a matrix, consisting of all the cofactors. Then we
can consider <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>M</mi></mrow></munderover>
<msub><mrow><mi>A</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">ij</mi></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="italic">kj</mi></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></math> as being the
matrix product of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math> by the transpose of the cofactor matrix,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mi fontstyle="normal">Co</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math>. So if <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo></mrow></math> is nonzero we may
divide (<a href="chapA.xml#invexpand">A.15</a>) through by it and find
  <a id="inversCo">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">[</mo><mi fontstyle="normal">Co</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo stretchy="false">/</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">I</mi><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>16</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


This equality shows that 
<br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mi fontstyle="normal">Co</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo stretchy="false">/</mo><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>17</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


Consequently the solution of the nonsingular matrix equation
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">b</mi></mrow></math> is
<a id="Cramer">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi fontstyle="normal">Co</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">b</mi></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo></mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>18</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


which for column vectors <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">x</mi></mrow></math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">b</mi></mrow></math> is Cramer's rule.

<div class="p"><!----></div>
The inverse of the product of two nonsingular matrices is the reversed
product of their inverses:
<a id="revinv">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">B</mi>
<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mo>=</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">B</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>

<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>19</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>
 <a id="tth_sEcA.4"></a><h2>
A.4&nbsp;&nbsp;Eigenanalysis</h2>

<div class="p"><!----></div>
<a 
id="eigenanalysisA4788"></a>A square matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math> maps the linear space of column vectors onto
itself via <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">y</mi></mrow></math>, with <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">y</mi></mrow></math> the vector onto
which <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">x</mi></mrow></math> is mapped. An <em>eigenvector</em> is a vector which is
mapped onto a multiple of itself. That is
<a id="eigeneq">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>,</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>20</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow></math> is a scalar called the <em>eigenvalue</em>. In general a
square matrix of dimension <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math> has <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math> different
eigenvectors. Obviously an eigenvector times any scalar is still an
eigenvector, which is not considered to be different.

<div class="p"><!----></div>
Since eq.&nbsp;(<a href="chapA.xml#eigeneq">A.20</a>), which is
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo>-</mo><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi><mi mathvariant="bold">I</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi mathvariant="bold">x</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow></math>, is a homogeneous equation for the
elements of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">x</mi></mrow></math>, in order for there to be a non-zero solution,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">x</mi></mrow></math>, the determinant of the coefficients must be zero:
<a id="eigendet">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo>-</mo><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi><mi mathvariant="bold">I</mi><mo stretchy="false">&verbar;</mo><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>21</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


For an <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi><mo>&times;</mo><mi>N</mi></mrow></math> matrix, this determinant gives a polynomial of
order <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math> for <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow></math>,<a 
id="eigenvalueA4789"></a> whose <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math> roots are the
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>N</mi></mrow></math> eigenvalues.

<div class="p"><!----></div>
If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math> is symmetric, that is if <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math>, then the
eigenvectors corresponding to different eigenvalues are orthogonal,
that is, their scalar product is zero. See this by considering two
eigenvectors <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></math>, corresponding to different
eigenvalues <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></math>, and using the respective
versions of eq.&nbsp;(<a href="chapA.xml#eigeneq">A.20</a>) and the properties of the transpose.
<a id="ortheig">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>
<mi mathvariant="bold">A</mi>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>,</mo><mi>&emsp;&emsp;&emsp;</mi>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>
<mi mathvariant="bold">A</mi>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>

<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>

<msup><mrow><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo>=</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>22</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


So by subtraction
<a id="ortheig2">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mn>0</mn><mo>=</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>
<mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="bold">A</mi><mo>-</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mo stretchy="false">)</mo>
<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
<mo stretchy="false">)</mo>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>2</mn> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
<mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>23</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


If there are multiple independent eigenvectors<a 
id="eigenvectorA4790"></a> with identical
eigenvalues, they can be chosen to be orthogonal. In that standard
case, the eigenvectors are all orthogonal: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mi>i</mi> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo><mn>0</mn></mrow></math> for
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi>i</mi><mo>&ne;</mo><mi>j</mi></mrow></math>. 

<div class="p"><!----></div>
If we then take the eigenvectors also to be normalized such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msubsup><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mi>j</mi> </mrow>
<mrow><mi>T</mi></mrow></msubsup>

<msub><mrow><mi mathvariant="bold">e</mi></mrow><mrow><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo><mn>1</mn></mrow></math>, we can construct a square matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow></math>
whose columns are equal to these eigenvectors (as in eq.&nbsp;(<a href="chapA.xml#matrixcol">A.4</a>)). The matrix <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow></math> whose columns are orthonormal
is said to be an <em>orthonormal</em> matrix (sometimes just called
orthogonal). The inverse of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow></math> is its transpose: <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
</msup>
<mo>=</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
</mrow></math>. This <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow></math> is a unitary basis transformation which
diagonalizes <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi></mrow></math>. This fact follows from the observation that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">U</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">D</mi><mi mathvariant="bold">U</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">U</mi><mi mathvariant="bold">D</mi></mrow></math> where <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mi mathvariant="bold">D</mi></mrow></math> is the
diagonal matrix constructed from the eigenvalues:
<a id="eigendiag">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mi mathvariant="bold">D</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo>
<mtable>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>1</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>
</msub>
</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&dtdot;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>:</mrow></mtd></mtr>
<mtr><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mn>0</mn></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow><mo>&#x2026;</mo></mrow></mtd><mtd columnalign="center"><mrow>
<msub><mrow><mi mathvariant="italic">&lambda;</mi></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow>
</msub>
</mrow></mtd></mtr></mtable>

<mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>24</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>


Therefore
<a id="diagonz">
</a><br />
<table width="100%"><tr><td align="center">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">A</mi><mi mathvariant="bold">U</mi><mo>=</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="bold">U</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow>
</msup>
<mi mathvariant="bold">U</mi><mi mathvariant="bold">D</mi><mo>=</mo><mi mathvariant="bold">D</mi><mo>.</mo></mrow>
    </mstyle></math></td><td width="1">
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
    <mstyle displaystyle="true"><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>A</mi><mo>.</mo><mn>25</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
    </mstyle></math>
</td></tr></table>



<div class="p"><!----></div>


<hr /><table width="100%"><tr><td>
 <a href="index.xml">HEAD</a></td><td align="right">
<a href="docindex.xml">NEXT
</a></td></tr></table>
</div></body></html>
