행렬의 제곱에 2가 나타나면 이동 길이가 2라는 뜻인가

행렬의 제곱에 2가 나타나면 이동 길이가 2라는 뜻인가

도시 건물 사이 여러 갈래가 이어진 교차로의 공중 모습

사진: Saiphani02 · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

A=(011101110)A=\begin{pmatrix}0&1&1\\1&0&1\\1&1&0\end{pmatrix}

세 지점 사이에서 서로 다른 지점으로 한 번에 이동할 수 있다. A의 i행 j열 성분 1은 i에서 j로 한 번 이동 가능하다는 표시다. A²의 1행 1열과 1행 2열의 성분이 무엇을 세는지 설명한다.

A2=(211121112).A^2=\begin{pmatrix}2&1&1\\1&2&1\\1&1&2\end{pmatrix}.

1행 1열의 2는 한 지점의 거리가 2라는 뜻이 아니다. 첫 지점에서 출발하여 정확히 두 번 이동하고 돌아오는 방법의 수다. 1→2→1과 1→3→1 두 가지가 있다.

1행 2열의 1은 1→3→2 한 가지다. 중간 지점이 1이면 첫 이동이 불가능하고, 2이면 두 번째 이동이 불가능하므로 그 항은 0이다. 곱 a₁ₖaₖ₂는 중간 지점 k를 거친 두 이동이 모두 가능할 때 1이 되며, 합은 중간 지점별 방법을 모은다.

한 번 이동 가능하다는 0과 1의 표를 제곱했다고 결과도 0 또는 1이어야 하는 것은 아니다. 학생에게 제곱의 한 칸을 실제 이동 목록과 짝짓게 한다. 행렬 계산의 값과 값이 뜻하는 개수를 모두 확인할 수 있다.

출처·착안: Matthew Simonson, 「Matrix Multiplication Made Easy」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.