Ch.6 수학이 모든 학문의 언어가 된다 (대학교)

선형대수와 행렬

행렬이 숫자를 표로 정리한 것임을 이해한다행렬 곱셈이 변환을 의미함을 안다

수백만 개의 숫자를 한꺼번에 계산하는 방법

AI가 사진 속 고양이를 알아본다. 수백만 픽셀을 동시에 처리해야 하는데?

숫자를 하나씩 계산하면 100년이 걸린다

행렬 = 숫자를 표로 정리하여 한꺼번에 계산하는 도구.


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핵심 내용

숫자를 표에 넣고 행과 열을 짝지어 계산한다

행렬 곱셈은 왼쪽 행과 오른쪽 열을 짝지어 곱하고 더한다. $\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}\begin{pmatrix}5&6\\7&8\end{pmatrix}$의 결과를 구해보자.

결과: $\begin{pmatrix}19&22\\43&50\end{pmatrix}$. 행렬 곱셈 = 왼쪽 행 · 오른쪽 열을 내적하는 것!

왼쪽 행과 오른쪽 열을 짝지어 곱하고 더한다. 이 단순한 규칙으로 AI, 3D 게임, 추천 알고리즘이 작동한다!

A\vecx = \vecb where A = \beginpmatrix a & b \\ c & d \endpmatrix

행렬 = 연립방정식을 표로 정리한 것. 여러 미지수를 한번에 풀 수 있다

행렬을 곱하면 공간이 회전·확대·축소된다. 이미지 필터가 바로 이것!

철수, 영희, 민준 3명의 별점 데이터가 있다 누구의 취향이 철수와 가장 비슷할까?

3명의 사용자가 5편의 영화에 매긴 별점을 행렬로 정리하면, 취향 유사도를 벡터 내적으로 계산할 수 있다.

철수와 영희는 액션·SF가 높고, 민준은 코미디·로맨스가 높다. 내적 $\vec{철수} \cdot \vec{영희} = 49$, $\vec{철수} \cdot \vec{민준} = 40$ → 영희가 더 유사!

행렬의 내적(dot product)이 클수록 취향이 비슷하다! 가장 비슷한 사람이 본 영화를 추천하면 된다.

철수 벡터 [5,3,1,2,4]와 영희 [4,2,1,1,5], 민준 [1,5,2,5,2]의 내적을 비교해보자

철수의 취향과 가장 비슷한 사람은? (내적이 가장 큰 사람)

두 사람의 취향이 얼마나 비슷한지, 벡터의 내적 하나로 숫자화할 수 있다.

\vecc = (5,3,1,2,4)

철수가 5개 장르에 매긴 평점을 벡터로 표현한다.

\vecc · \vecy = 5×4 + 3×5 + 1×1 + 2×2 + 4×3 = 42

각 장르 평점을 곱한 뒤 합산하면 42 — 취향 겹침이 크다.

\vecc · \vecm = 5×2 + 3×1 + 1×4 + 2×5 + 4×2 = 26

같은 방법으로 민준과의 내적은 26에 그친다.

42 > 26 ⇒ 영희가 더 유사

내적이 클수록 취향이 가까우므로 영희의 유사도가 더 높다.

영희가 본 SF E → 철수에게 추천

유사도가 높은 영희가 시청한 영화를 철수에게 추천한다.

내적이 크다 = 취향이 가깝다 — 추천 시스템의 핵심 원리다.

철수와 영희의 내적이 더 크다 → 영희가 본 SF E 영화 추천! 넷플릭스·유튜브가 정확히 이렇게 작동한다

행렬 내적 = 취향 유사도. 수백만 명의 데이터를 동시에 처리해 추천한다!

행렬 = 숫자를 격자로 정리해서 한꺼번에 계산하는 도구

행렬 = 데이터를 격자에 넣고 한꺼번에 처리하는 만능 도구

행렬 곱셈의 기본 규칙은?

2×3 행렬과 3×2 행렬은 곱할 수 있다

단위 행렬(항등 행렬)의 특성을 확인하세요

$n \times n$ 단위 행렬 $I$에 대해 옳은 것은?

행렬식(행렬 determinant)의 의미를 이해하세요

$2 \times 2$ 행렬 $A = \begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}$의 행렬식 $\det(A)$는?

행렬 곱셈은 교환 법칙이 성립한다. 즉 $AB = BA$이다

행렬식이 0이 아닌 정방행렬은 반드시 역행렬이 존재한다

$m \times n$ 행렬과 곱셈이 정의되려면 오른쪽 행렬은 $n \times$ ___ 꼴이어야 한다

선형대수의 세계에 입문했습니다!

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비교 정리

항목열1열2
행1$1 \times 5 + 2 \times 7 = 19$$1 \times 6 + 2 \times 8 = 22$
행2$3 \times 5 + 4 \times 7 = 43$$3 \times 6 + 4 \times 8 = 50$
항목액션A코미디B공포C로맨스DSF E
철수$5$$3$$1$$2$$4$
영희$4$$2$$1$$1$$5$
민준$1$$5$$2$$5$$2$
항목분야예시행렬 활용
AI신경망 가중치행렬 곱셈으로 학습
3D 게임캐릭터 회전·이동4×4 변환 행렬
이미지 필터블러·샤프닝커널 행렬 곱셈
추천 시스템유저×아이템 평점행렬 분해로 취향 예측
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시각 자료

다이어그램: math-d601

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