Produto de Kronecker

O produto de Kronecker, denotado con (${\displaystyle \otimes }$) é unha operación entre dúas matrices dun tamaño arbitrario que da como resultado unha matriz bloque. É un caso especial do produto tensorial. O produto de Kronecker non debe ser confundido co produto de matrices común, que é unha operación totalmente diferente.

Produto de Kronecker
Instancia de	operación binaria e operación matricial
Epónimo	Leopold Kronecker
Estudado por	teoria de matrizes (pt)
Fontes e ligazóns
MathWorld	KroneckerProduct
OpenAlex	C46030957
[ Wikidata ]

Definición

Se A é unha matriz de dimensións m${\displaystyle \times }$n e B é unha matriz de dimensións p${\displaystyle \times }$q, entón o produto de Kronecker A ${\displaystyle \otimes }$ B é a matriz bloque mp${\displaystyle \times }$nq

${\displaystyle A\otimes B={\begin{pmatrix}a_{11}B&\cdots &a_{1n}B\\\vdots &\ddots &\vdots \\a_{m1}B&\cdots &a_{mn}B\end{pmatrix}}}$

Máis explicitamente,

${\displaystyle A\otimes B={\begin{pmatrix}a_{11}b_{11}&a_{11}b_{12}&\cdots &a_{11}b_{1q}&\cdots &\cdots &a_{1n}b_{11}&a_{1n}b_{12}&\cdots &a_{1n}b_{1q}\\a_{11}b_{21}&a_{11}b_{22}&\cdots &a_{11}b_{2q}&\cdots &\cdots &a_{1n}b_{21}&a_{1n}b_{22}&\cdots &a_{1n}b_{2q}\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots &&&\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\a_{11}b_{p1}&a_{11}b_{p2}&\cdots &a_{11}b_{pq}&\cdots &\cdots &a_{1n}b_{p1}&a_{1n}b_{p2}&\cdots &a_{1n}b_{pq}\\\vdots &\vdots &&\vdots &\ddots &&\vdots &\vdots &&\vdots \\\vdots &\vdots &&\vdots &&\ddots &\vdots &\vdots &&\vdots \\a_{m1}b_{11}&a_{m1}b_{12}&\cdots &a_{m1}b_{1q}&\cdots &\cdots &a_{mn}b_{11}&a_{mn}b_{12}&\cdots &a_{mn}b_{1q}\\a_{m1}b_{21}&a_{m1}b_{22}&\cdots &a_{m1}b_{2q}&\cdots &\cdots &a_{mn}b_{21}&a_{mn}b_{22}&\cdots &a_{mn}b_{2q}\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots &&&\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\a_{m1}b_{p1}&a_{m1}b_{p2}&\cdots &a_{m1}b_{pq}&\cdots &\cdots &a_{mn}b_{p1}&a_{mn}b_{p2}&\cdots &a_{mn}b_{pq}\end{pmatrix}}}$

Exemplos

${\displaystyle {\begin{pmatrix}1&3&2\\1&0&0\\1&2&2\end{pmatrix}}\otimes {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&3\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&2\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}\\1\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&0\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&0\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}\\1\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&2\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}&2\cdot {\begin{pmatrix}0&5\\5&0\\1&1\end{pmatrix}}\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}0&5&0&15&0&10\\5&0&15&0&10&0\\1&1&3&3&2&2\\0&5&0&0&0&0\\5&0&0&0&0&0\\1&1&0&0&0&0\\0&5&0&10&0&10\\5&0&10&0&10&0\\1&1&2&2&2&2\end{pmatrix}}}$

Propiedades

Bilinearidade e asociatividade

O produto de Kronecker é un caso especial do produto tensorial, e polo tanto, é bilinear e asociativo:

${\displaystyle A\otimes (B+C)=A\otimes B+A\otimes C}$ se B e C teñen as mesmas dimensións,

${\displaystyle (A+B)\otimes C=A\otimes C+B\otimes C}$ se A e B teñen as mesmas dimensións,

${\displaystyle (kA)\otimes B=A\otimes (kB)=k(A\otimes B),}$

${\displaystyle (A\otimes B)\otimes C=A\otimes (B\otimes C),}$

onde A, B e C son matrices e onde k é un escalar.

O produto de Kronecker non é commutativo: En xeral, A${\displaystyle \otimes }$B e B${\displaystyle \otimes }$A son matrices diferentes. Porén, A${\displaystyle \otimes }$B e B${\displaystyle \otimes }$A son intercambios equivalentes, o que quere dicir que hai matrices de permutación P e Q tales que ${\displaystyle A\otimes B=P\,(B\otimes A)\,Q.}$