Producto escalar

Post date: Mar 9, 2015 2:33:44 PM

En la clase sobre operadores vimos que el operador asterisco * parece no funcionar con vectores. Hoy veremos que este operador realiza el famoso producto escalar entre vectores o el producto entre matrices.

Longitud de un vector (módulo o norma)

Para indicar la posición de un punto en el plano (digamos una bolita en una cancha) necesitamos dar al menos dos magnitudes. Por ejemplo, tomando un punto como referencia (una esquina de la cancha), podemos indicar las distancias al punto desde ese origen en dirección horizontal y en dirección vertical. Estos dos valores los podemos acomodar en un vector [x y].

¿Cuál es la distancia en linea recta desde el origen hasta la bolita? La respuesta viene de la mano del teorema de Pitágoras

Este valor es la longitud del vector (t.c.c. módulo del vector o norma del vector). Dentro de la raíz cuadrada tenemos el cuadrado del módulo del vector, la suma del producto de cada componente por si misma.

Con toda libertad podemos preguntarnos como se llama la misma operación entre dos vectores diferentes. Digamos que tenemos nuestro vector [x y] y un otro vector [u w]. Haciendo las cuentas obtenemos

Este valor es claramente un escalar (un número, no un vector), como lo es la distancia. A esta operación se la denomina producto escalar entre vectores. El producto escalar es una función que toma dos vectores como entrada y devuelve un valor escalar, de allí su nombre.

¿Matriz o vector?

Los matemáticos son tipos muy ocurrentes y se inventaron una forma de escribir el producto escalar de manera muy concisa. Primero decidieron diferenciar entre vectores fila y vectores columna (como ya vimos en otra clase) y luego decidieron que cuando uno multiplica un vector fila por un vector columna, se debe calcular el producto escalar. Es decir, multiplicamos el primer elemento del vector fila por el primer elemento del vector columna y lo sumamos al producto de los segundos elementos.

Cambiar de vector filas a columnas en Octave es muy sencillo.

x  = [1 2];

xT = x'

xT =

y la operación se llama transponer. Es decir la comillas simples ' es un operador unitario (toma una sola entrada) que devuelve el vector transpuesto: cambia filas por columnas o viceversa. Ahora podemos calcular el módulo cuadrado y la longitud del vector x definido más arriba:

mod2 = x * x';

long = sqrt (mod2)

Pregunta 1:

¿Qué hace la función sqrt()? ¿Por qué se llama así?

Ya nos vamos dando cuenta que no hay mucha diferencia entre un vector y una matriz. En efecto, el producto entre matrices es el producto escalar de los vectores fila de la primera matriz, por los vectores columna de la segunda.

A = [1 2; 1 -1];

# vectores filas

a1 = A(1,:); # primera fila

a2 = A(2,:); # segunda fila

B = [1 0; 0 1];

# vectores columnas

b1 = B(:,1); # primera columna

b2 = B(:,2); # segunda columna

C  = A * B;

Cp = [a1*b1 a1*b2; a2*b1 a2*b2];

assert (Cp == C)

La matriz Cp se construye usando el producto escalar de las filas y las columnas. La función assert produce un error si la condición que se pasa por argumento no es verdadera. Al no recibir ningún error, entendemos que las dos matrices son iguales.

¡Un vector es tan solo una matriz con una sola fila o columna!

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