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Inicio · Parte 05 — Álgebra lineal I: vectores y matrices

116 — Inversa de una matriz

intermedio clase 16 de 20 4 horas demostración matrix_inverse

La inversa existe si el determinante no es nulo, pero resolver un sistema casi nunca debe pasar por ella.

Fórmulas

A·A⁻¹ = I
2×2: A⁻¹ = (1/det)·[[d,−b],[−c,a]]
resolver Ax = b: usar factorización, no A⁻¹b

Desarrollo

La inversa de una matriz es la que deshace su transformación. Existe si y solo si la matriz es cuadrada y de rango completo, condición equivalente a que su determinante sea no nulo. Para 2×2 hay fórmula cerrada; para tamaños mayores se calcula con eliminación de Gauss-Jordan.

El mensaje práctico de esta clase es una recomendación explícita: no calcules la inversa para resolver un sistema. A⁻¹b cuesta unas tres veces más que resolver directamente y es numéricamente peor, porque acumula error en cada entrada de la inversa antes de multiplicar. Ninguna biblioteca seria lo hace, y ver inv(A) @ b en código es señal de que quien lo escribió no conoce esta distinción.

Hay casos legítimos para calcular la inversa: cuando se necesita explícitamente, como en la matriz de covarianza inversa (matriz de precisión) de un modelo gaussiano, o al analizar la sensibilidad de un sistema. Incluso ahí, si la matriz está mal condicionada, conviene usar la pseudoinversa vía SVD (clase 134).

La comprobación de que la inversa se calculó bien es directa: A·A⁻¹ debe dar la identidad dentro de una tolerancia. Que no dé exactamente la identidad es esperado, y la magnitud de la desviación informa sobre el condicionamiento del problema.

Ejemplo trabajado

Inversa de una matriz 2×2 y su verificación.

A = [[4,7],[2,6]]
det = 4·6 − 7·2 = 10 ≠ 0  →  invertible

A⁻¹ = (1/10)·[[6,−7],[−2,4]] = [[0.6,−0.7],[−0.2,0.4]]

A·A⁻¹ = [[1,0],[0,1]]                    ✓ identidad

Coste comparado para resolver Ax = b:
  vía inversa:      ~n³ + n²  operaciones y peor precisión
  vía factorización: ~n³/3    operaciones

Qué calcula el laboratorio

La inversa existe, pero rara vez conviene calcularla.

python classes/part-05-algebra-lineal-i-vectores-y-matrices/116-inversa-de-una-matriz/lab.py
compmath run 116

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "A": [
    [
      4.0,
      7.0
    ],
    [
      2.0,
      6.0
    ]
  ],
  "A⁻¹": [
    [
      0.6,
      -0.7
    ],
    [
      -0.2,
      0.4
    ]
  ],
  "A·A⁻¹": [
    [
      1.0,
      0.0
    ],
    [
      0.0,
      1.0
    ]
  ],
  "es_identidad": true,
  "determinante": 10.0,
  "formula_2x2": "1/det · [[d,-b],[-c,a]]"
}

Errores comunes

Dónde se usa

Matriz de precisión en modelos gaussianos, análisis de sensibilidad y transformaciones inversas en gráficos. Para resolver sistemas, siempre factorización.

Idea rectora de la parte

Una matriz es una función lineal escrita en una base concreta.

Error a evitar

Invertir una matriz mal condicionada en lugar de factorizar.

Conexión con IA

Cada capa densa es un producto matriz-vector. Los embeddings viven en subespacios y la similitud entre ellos es producto punto normalizado.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase