更新:2024/09/14

アダマール積の定義・例題・計算方法について

はるか
はるか
行列の成分ごとの積の演算ってあるの?
ふゅか
ふゅか
アダマール積と呼ばれるものがあるよ。

1. アダマール積とは

アダマール積とは、二つの行列またはベクトルの要素ごとの積を指します。これに対して通常の行列積は、行列の行と列の積を計算しますが、アダマール積は対応する要素同士を単純に掛け合わせる操作です。

1.1. アダマール積の定義

行列 \( A \) と \( B \) が次のように与えられているとします。

\[ A = \begin{pmatrix} a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n} \\ a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{n1} & a_{n2} & \cdots & a_{nn} \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} b_{11} & b_{12} & \cdots & b_{1n} \\ b_{21} & b_{22} & \cdots & b_{2n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ b_{n1} & b_{n2} & \cdots & b_{nn} \end{pmatrix} \]

アダマール積 \(A \circ B \) は次のようになります。

\[A \circ B  = \begin{pmatrix} a_{11}b_{11} & a_{12}b_{12} & \cdots & a_{1n}b_{1n} \\ a_{21}b_{21} & a_{22}b_{22} & \cdots & a_{2n}b_{2n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{n1}b_{n1} & a_{n2}b_{n2} & \cdots & a_{nn}b_{nn} \end{pmatrix} \]

このように、各成分は対応する要素同士を掛けたものとなります。

ふゅか
ふゅか
行列の積より計算が簡単だね!

2. アダマール積の計算問題

ふゅか
ふゅか
具体的に計算してみよう!

2.1. 問題 1

次の \( 2 \times 2 \) 行列 \( A \) と \( B \) のアダマール積 \( C = A \circ B \) を求めなさい。

\[ A = \begin{pmatrix} 3 & 5 \\ 7 & 2 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 4 \\ 6 & 8 \end{pmatrix} \]

対応する成分同士を掛け合わせます。

\[ C = \begin{pmatrix} 3 \cdot 1 & 5 \cdot 4 \\ 7 \cdot 6 & 2 \cdot 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 & 20 \\ 42 & 16 \end{pmatrix} \]

2.2. 問題 2

次の \( 3 \times 3 \) 行列 \( A \) と \( B \) のアダマール積 \( C = A \circ B \) を求めなさい。

\[ A = \begin{pmatrix} 2 & 7 & 1 \\ 0 & 3 & 4 \\ 5 & 6 & 8 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 9 & 0 & 3 \\ 1 & 2 & 5 \\ 7 & 8 & 2 \end{pmatrix} \]


対応する成分同士を掛け合わせます。

\[ C = \begin{pmatrix} 2 \cdot 9 & 7 \cdot 0 & 1 \cdot 3 \\ 0 \cdot 1 & 3 \cdot 2 & 4 \cdot 5 \\ 5 \cdot 7 & 6 \cdot 8 & 8 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 18 & 0 & 3 \\ 0 & 6 & 20 \\ 35 & 48 & 16 \end{pmatrix} \]

2.3. 問題 3

次の \( 4 \times 4 \) 行列 \( A \) と \( B \) のアダマール積 \( C = A \circ B \) を求めなさい。

\[ A = \begin{pmatrix} 4 & 9 & 6 & 1 \\ 3 & 2 & 5 & 7 \\ 8 & 1 & 0 & 4 \\ 2 & 6 & 3 & 5 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 7 & 2 & 9 \\ 4 & 3 & 8 & 0 \\ 5 & 6 & 1 & 2 \\ 7 & 2 & 9 & 4 \end{pmatrix} \]


対応する成分同士を掛け合わせます。

\[ C = \begin{pmatrix} 4 \cdot 1 & 9 \cdot 7 & 6 \cdot 2 & 1 \cdot 9 \\ 3 \cdot 4 & 2 \cdot 3 & 5 \cdot 8 & 7 \cdot 0 \\ 8 \cdot 5 & 1 \cdot 6 & 0 \cdot 1 & 4 \cdot 2 \\ 2 \cdot 7 & 6 \cdot 2 & 3 \cdot 9 & 5 \cdot 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & 63 & 12 & 9 \\ 12 & 6 & 40 & 0 \\ 40 & 6 & 0 & 8 \\ 14 & 12 & 27 & 20 \end{pmatrix} \]

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