線形代数でよく出てくる式変形

$I\times K$ 行列 $A$ と $J \times K$ 行列 $B$ を考え、$A, B$ の列ベクトルを $a_i,b_i \ (1\leq i \leq K)$ とします。

$$ \begin{align} A:= \begin{pmatrix} a_{1,1} & \cdots & a_{1,K} \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{I,1} & \cdots & a_{I,K} \\ \end{pmatrix}= [a_1 \cdots a_K] \\ B:= \begin{pmatrix} b_{1,1} & \cdots & b_{1,K} \\ & & \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ & & \\ b_{J,1} & \cdots & b_{J,K} \\ \end{pmatrix}= [b_1 \cdots b_K] \end{align} $$

このとき、$A$ と $B$ の転置 $B^T$ の積 $C$ を列ベクトルで表すと次のようになります。

$$ \begin{align} C :=& A B^T \\ =& \begin{pmatrix} a_{1,1} & \cdots & a_{1,K} \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ a_{I,1} & \cdots & a_{I,K} \\ \end{pmatrix} \begin{pmatrix} b_{1,1} & &\cdots && b_{J,1} \\ \vdots && \ddots && \vdots \\ b_{1,K} && \cdots && b_{J,K} \\ \end{pmatrix}\\ =& \begin{pmatrix} \sum_{k=1}^{K} a_{1,k}b_{1,k} && \cdots && \sum_{k=1}^{K} a_{1,k}b_{J,k} \\ \vdots && \ddots && \vdots \\ \sum_{k=1}^{K} a_{I,k}b_{1,k} && \cdots && \sum_{k=1}^{K} a_{I,k}b_{J,k} \\ \end{pmatrix}\\ =& \sum_{k=1}^{K} \begin{pmatrix} a_{1,k}b_{1,k} && \cdots && a_{1,k}b_{J,k} \\ \vdots && \ddots && \vdots \\ a_{I,k}b_{1,k} && \cdots &&a_{I,k}b_{J,k} \\ \end{pmatrix}\\ =& \sum_{k=1}^{K} a_k b_k^T \end{align} $$