বিন্যাস হল বস্তু গুলিকে একটি নির্দিষ্ট ক্রমে সাজানো। এর জন্য সূত্র:
\[
P(n, r) = \frac{n!}{(n - r)!}
\]
সমাবেশ হল বস্তু গুলিকে বেছে নেওয়া, যেখানে ক্রমের কোনো গুরুত্ব নেই। এর জন্য সূত্র:
\[
C(n, r) = \frac{n!}{r!(n - r)!}
\]
নির্ণায়ক একটি ম্যাট্রিক্সের গুণমান। এটি ম্যাট্রিক্সের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য নির্ধারণে সাহায্য করে।
ম্যাট্রিক্স হল সংখ্যার একটি গাণিতিক কাঠামো যা লিনিয়ার সমীকরণ সমাধান বা ডেটা ব্যবস্থাপনায় ব্যবহৃত হয়।
বিন্যাস হল এমন একটি পরিসংখ্যানিক ধারণা যেখানে নির্দিষ্ট সংখ্যা বা বস্তু একত্রিত করার পদ্ধতি নির্ধারণ করা হয়, যেখানে বস্তু গুলির ক্রম (order) গুরুত্বপূর্ণ।
বিন্যাসের সূত্র:
\[
P(n, r) = \frac{n!}{(n - r)!}
\]
এখানে,
ধরা যাক, একটি বাক্সে 5টি বল রয়েছে (A, B, C, D, E)। এর মধ্যে 3টি বল বেছে নিয়ে তাদের সাজানোর উপায় সংখ্যা কত হবে?
এক্ষেত্রে, \(n = 5\) এবং \(r = 3\) হবে। তাই,
\[
P(5, 3) = \frac{5!}{(5 - 3)!} = \frac{5 \times 4 \times 3!}{2!} = 5 \times 4 \times 3 = 60
\]
অর্থাৎ, 5টি বস্তু থেকে 3টি বস্তু বাছাই ও সাজানোর মোট 60টি উপায় রয়েছে।
সমাবেশ হলো বস্তু গুলিকে এমনভাবে নির্বাচন করা, যেখানে তাদের মধ্যে কোনো নির্দিষ্ট ক্রম (order) থাকে না। এটি মূলত বস্তু গুলির নির্বাচন নির্ধারণ করে, যেগুলির মধ্যে কোনো ক্রমের গুরুত্ব নেই।
সমাবেশের সূত্র:
\[
C(n, r) = \frac{n!}{r!(n - r)!}
\]
এখানে,
ধরা যাক, একটি বাক্সে 5টি বল রয়েছে (A, B, C, D, E)। এর মধ্যে 3টি বল বেছে নেয়ার উপায় সংখ্যা কত হবে?
এক্ষেত্রে, \(n = 5\) এবং \(r = 3\) হবে। তাহলে,
\[
C(5, 3) = \frac{5!}{3!(5 - 3)!} = \frac{5 \times 4 \times 3!}{3! \times 2!} = \frac{5 \times 4}{2 \times 1} = 10
\]
অর্থাৎ, 5টি বস্তু থেকে 3টি বস্তু বাছাই করার 10টি উপায় রয়েছে।
নির্ণায়ক (Determinant) একটি ম্যাট্রিক্সের গুণমান বা বৈশিষ্ট্য নির্ধারণকারী একটি সংখ্যা। এটি ম্যাট্রিক্সের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য যেমন সমীকরণের সমাধান, বিপরীত ম্যাট্রিক্স (inverse), এবং অন্যান্য গাণিতিক অপারেশন নির্ধারণে ব্যবহৃত হয়।
ধরা যাক, একটি ২x২ ম্যাট্রিক্স \( A \) আছে:
\[
A = \begin{bmatrix} a & b \\ c & d \end{bmatrix}
\]
এর নির্ণায়ক হবে:
\[
\text{det}(A) = ad - bc
\]
ধরা যাক, একটি ৩x৩ ম্যাট্রিক্স \( A \) আছে:
\[
A = \begin{bmatrix} a & b & c \\ d & e & f \\ g & h & i \end{bmatrix}
\]
এর নির্ণায়ক হবে:
\[
\text{det}(A) = a(ei - fh) - b(di - fg) + c(dh - eg)
\]
ধরা যাক, একটি ২x২ ম্যাট্রিক্স \( A = \begin{bmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{bmatrix} \) দেওয়া আছে।
তাহলে, এর নির্ণায়ক হবে:
\[
\text{det}(A) = 1(4) - 2(3) = 4 - 6 = -2
\]
নির্ণায়ক একাধিক গাণিতিক প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়, যেমন সমীকরণের সমাধান, ইনভার্স ম্যাট্রিক্স খোঁজা, ইত্যাদি।
নির্ণায়কের কিছু গুরুত্বপূর্ণ গুণাবলী রয়েছে যা ম্যাট্রিক্সের বিভিন্ন গাণিতিক কার্যক্রম এবং বৈশিষ্ট্য বুঝতে সাহায্য করে। এখানে নির্ণায়কের কিছু মৌলিক গুণাবলী এবং সেগুলির প্রমাণ দেওয়া হল:
যদি \( A \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স হয় এবং আমরা এর দুটি সারি (বা কলাম) বিনিময় করি, তবে নির্ণায়ক পরিবর্তিত হবে। অর্থাৎ,
\[
\text{det}(A') = - \text{det}(A)
\]
এখানে, \( A' \) হল সেই ম্যাট্রিক্স যেটির দুইটি সারি বা কলাম বিনিময় করা হয়েছে।
প্রমাণ:
ধরা যাক, \( A = \begin{bmatrix} a_1 & a_2 & \cdots & a_n \\ b_1 & b_2 & \cdots & b_n \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ z_1 & z_2 & \cdots & z_n \end{bmatrix} \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স।
যখন দুইটি সারি বিনিময় করা হয়, তখন নির্ণায়কের মানের সাইন পরিবর্তিত হয় (এটি একধরণের গাণিতিক প্রপার্টি)।
যদি কোনো সারি বা কলাম পুরোপুরি শূন্য থাকে, তবে সেই ম্যাট্রিক্সের নির্ণায়ক শূন্য হবে।
\[
\text{det}(A) = 0
\]
এখানে, \( A \) এমন একটি ম্যাট্রিক্স যার কোনো সারি বা কলাম সম্পূর্ণ শূন্য।
প্রমাণ:
ধরা যাক, \( A \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স যার কোনো সারি বা কলাম শূন্য। এতে, নির্ণায়ক হিসাব করার জন্য কোলামের বা সারির উপাদানগুলোর গুণফল শূন্য হবে, ফলে নির্ণায়ক শূন্য হবে।
যদি \( A \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স হয় এবং \( k \) একটি স্কেলার সংখ্যা হয়, তবে
\[
\text{det}(kA) = k^n \cdot \text{det}(A)
\]
প্রমাণ:
যখন \( A \) ম্যাট্রিক্সের সমস্ত উপাদানকে \( k \)-এর সাথে গুণ করা হয়, তখন গুণফলে \( k \) প্রতিটি সারি বা কলামের জন্য \( k \)-এর গুণফল হয়, ফলে নির্ণায়কের মান \( k^n \) এর গুণফলে পরিণত হয়।
যদি \( A \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স হয়, তবে তার ট্রান্সপোজ \( A^T \) এর নির্ণায়ক হবে \( A \)-এর নির্ণায়কের সমান। অর্থাৎ,
\[
\text{det}(A^T) = \text{det}(A)
\]
প্রমাণ:
ম্যাট্রিক্সের ট্রান্সপোজ করার ফলে সারি এবং কলামের স্থান পরিবর্তিত হয়, কিন্তু নির্ণায়ক পরিবর্তিত হয় না। তাই, \(\text{det}(A^T) = \text{det}(A)\) হয়।
যদি একটি ম্যাট্রিক্সের কোনো সারি বা কলাম অন্য একটি সারি বা কলামের গুণফল হয়, তবে ম্যাট্রিক্সের নির্ণায়ক শূন্য হবে।
প্রমাণ:
ধরা যাক, \( A \) একটি \( n \times n \) ম্যাট্রিক্স, এবং এর কোনো একটি সারি বা কলাম অন্য একটি সারি বা কলামের গুণফল। এতে, নির্ণায়কের মান শূন্য হবে কারণ ওই সারি বা কলামগুলোর মধ্যে কোনো ভিন্নতা নেই।
নির্ণায়কের এই গুণাবলী ম্যাট্রিক্সের বিশ্লেষণ এবং গাণিতিক সমীকরণের সমাধানে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এগুলো বিভিন্ন গণনাযুক্ত সিদ্ধান্ত এবং গাণিতিক নিয়মাবলী প্রমাণের জন্য ব্যবহার করা হয়।
ম্যাট্রিক্স হলো একটি গাণিতিক কাঠামো, যা সংখ্যার বা উপাদানের একটি আয়তক্ষেত্রাকার বা স্কয়ার বিন্যাস। এটি লিনিয়ার অ্যালজেব্রা, পরিসংখ্যান, গাণিতিক মডেলিং, এবং অন্যান্য গাণিতিক এবং প্রকৌশল সমস্যা সমাধানে ব্যবহৃত হয়।
একটি ম্যাট্রিক্স একটি \( m \times n \) আয়তক্ষেত্রাকার গাণিতিক কাঠামো, যার মধ্যে \( m \) সারি (rows) এবং \( n \) কলাম (columns) থাকে। প্রতিটি উপাদান একটি নির্দিষ্ট সারি ও কলামের交মিলনে থাকে।
এটি সাধারণত এর উপাদানগুলি \( a_{ij} \) দিয়ে প্রকাশ করা হয়, যেখানে \( i \) সারির সূচক এবং \( j \) কলামের সূচক।
যেমন একটি ৩x৩ ম্যাট্রিক্স \( A \) হবে:
\[
A = \begin{bmatrix}
a_{11} & a_{12} & a_{13} \
a_{21} & a_{22} & a_{23} \
a_{31} & a_{32} & a_{33}
\end{bmatrix}
\]
এখানে, \( a_{ij} \) ম্যাট্রিক্সের উপাদান, যেখানে \( i \) সারি এবং \( j \) কলামের সূচক।
ম্যাট্রিক্স গাণিতিক সমস্যা সমাধানে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। এটি লিনিয়ার সমীকরণ সমাধান, গাণিতিক মডেলিং, পরিসংখ্যান, ডিজাইন অ্যানালিসিস, এবং অন্যান্য শাখায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
ম্যাট্রিক্সের অনেক মৌলিক গাণিতিক সূত্র রয়েছে, যা ম্যাট্রিক্সের অপারেশন ও বিভিন্ন গাণিতিক প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়। এখানে কিছু গুরুত্বপূর্ণ সূত্র এবং তার প্রমাণ দেওয়া হলো:
সূত্র:
\[
A + B = B + A
\]
এখানে, \( A \) এবং \( B \) একই আকারের দুটি ম্যাট্রিক্স।
প্রমাণ:
যেহেতু ম্যাট্রিক্সের যোগফলে প্রতিটি উপাদান শুধুমাত্র ঐ দুইটি ম্যাট্রিক্সের সংশ্লিষ্ট উপাদানের যোগফল হয়, তাই,
\[
A + B = \begin{bmatrix} a_{ij} + b_{ij} \end{bmatrix}, \quad B + A = \begin{bmatrix} b_{ij} + a_{ij} \end{bmatrix}
\]
এবং যেহেতু \( a_{ij} + b_{ij} = b_{ij} + a_{ij} \), এটি কমিউটেটিভ প্রপার্টি।
সূত্র:
\[
A(BC) = (AB)C
\]
এখানে, \( A \), \( B \), এবং \( C \) হল ম্যাট্রিক্স, এবং \( AB \), \( BC \) তাদের গুণফল।
প্রমাণ:
ম্যাট্রিক্স গুণফলে প্রতিটি উপাদান কলাম এবং সারির গুণফল হয়। এই গুণফল কম্পিউট করার সময় অ্যাসোসিয়েটিভ প্রপার্টি ঠিকভাবে কাজ করে, কারণ গুণফলে প্রতিটি উপাদান পর্যায়ক্রমে গুণ হয়। তাই \( A(BC) = (AB)C \) হবে।
সূত্র:
\[
k(A + B) = kA + kB
\]
এখানে, \( A \) এবং \( B \) হল ম্যাট্রিক্স এবং \( k \) একটি স্কেলার সংখ্যা।
প্রমাণ:
ম্যাট্রিক্স \( A \) এবং \( B \)-এর উপাদানগুলো যখন স্কেলার \( k \)-এর সাথে গুণ করা হয়, তখন এটি হবে:
\[
k(A + B) = k \begin{bmatrix} a_{ij} + b_{ij} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} k(a_{ij} + b_{ij}) \end{bmatrix}
\]
এবং,
\[
kA + kB = \begin{bmatrix} k a_{ij} \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} k b_{ij} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} k(a_{ij} + b_{ij}) \end{bmatrix}
\]
এটা সমান হবে। তাই, \( k(A + B) = kA + kB \) প্রমাণিত হলো।
সূত্র:
\[
k(AB) = (kA)B = A(kB)
\]
এখানে, \( A \), \( B \) ম্যাট্রিক্স এবং \( k \) একটি স্কেলার সংখ্যা।
প্রমাণ:
\( k \) স্কেলার সংখ্যাটি গুণফলের উপর বিতরণযোগ্য। অর্থাৎ, \( k \)-এর সাথে গুণফলে প্রতিটি উপাদানকে \( k \)-এর গুণফলে গুণ করা হয়। তাই,
\[
k(AB) = \begin{bmatrix} k \times (a_{ij} \times b_{ij}) \end{bmatrix}
\]
এবং,
\[
(kA)B = \begin{bmatrix} (k \times a_{ij}) \times b_{ij} \end{bmatrix}, \quad A(kB) = \begin{bmatrix} a_{ij} \times (k \times b_{ij}) \end{bmatrix}
\]
তাহলে, \( k(AB) = (kA)B = A(kB) \) প্রমাণিত হলো।
সূত্র:
\[
(AB)^T = B^T A^T
\]
এখানে, \( A \) এবং \( B \) ম্যাট্রিক্স।
প্রমাণ:
\( AB \)-এর ট্রান্সপোজ হবে:
\[
(AB)^T = \begin{bmatrix} (AB){ij} \end{bmatrix}^T = \begin{bmatrix} (AB){ji} \end{bmatrix}
\]
এবং,
\[
B^T A^T = \begin{bmatrix} B_{ij} \end{bmatrix}^T \begin{bmatrix} A_{ij} \end{bmatrix}^T = \begin{bmatrix} B_{ji} A_{ji} \end{bmatrix}
\]
তাহলে, \( (AB)^T = B^T A^T \) প্রমাণিত হলো।
সূত্র:
\[
A^{-1}A = I
\]
এখানে, \( A^{-1} \) হল \( A \)-এর ইনভার্স, এবং \( I \) হল ঐ ম্যাট্রিক্সের আইডেন্টিটি ম্যাট্রিক্স।
প্রমাণ:
যেহেতু \( A^{-1} \) হল \( A \)-এর ইনভার্স, এবং ইনভার্সের সংজ্ঞা অনুযায়ী,
\[
A^{-1}A = I
\]
এটি গাণিতিকভাবে সঠিক।
সূত্র:
\[
\text{det}(AB) = \text{det}(A) \times \text{det}(B)
\]
এখানে, \( A \) এবং \( B \) ম্যাট্রিক্স।
প্রমাণ:
ডিটারমিন্যান্টের গুণফলে এটি প্রমাণ করা যায় যে, যখন দুটি ম্যাট্রিক্সের গুণফল হবে, তাদের ডিটারমিন্যান্টের গুণফল হবে। এটি একটি সাধারণ গাণিতিক তত্ত্ব যা ম্যাট্রিক্সের উপাদানের উপর ভিত্তি করে কাজ করে।
এই গুণাবলীর সাহায্যে ম্যাট্রিক্সের বিভিন্ন গাণিতিক সমীকরণ এবং প্রয়োগ করা যায়। এগুলো লিনিয়ার অ্যালজেব্রা, সিস্টেম অফ লিনিয়ার ইকুয়েশন, এবং পরিসংখ্যান বা অন্যান্য গাণিতিক সমস্যা সমাধানে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।