Insertar una matriz de 2x2 en una matriz de 5x5

Question

Necesito insertar una matriz de 2x2 de manera uniforme en las filas 4 y 5 y en las columnas 4 y 5 de una matriz de 5x5. Mi código necesita ajustes.

\begin{equation*}
    a_1=
    \begin{bmatrix}
        1 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & & {\begin{bmatrix} & b & \end{bmatrix}}\\
        0 & 0 & 0 &
    \end{bmatrix}
\end{equation*}

Answer 1

O tal vez con nicematrix. Requiere un paquete adicional (que a su vez carga otras cosas, sobre todo TikZ), sin embargo, el espacio entre las columnas no se modifica y usted tiene control total sobre todos los aspectos de la apariencia.

\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{nicematrix}
\begin{document}
\begin{equation*} 
a_1=\begin{bNiceMatrix}[name=mymatrix]
        1 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
        0 & 0 & 0 & \phantom{0} & \phantom{0}\\
        0 & 0 & 0 & \phantom{0} & \phantom{0}
\end{bNiceMatrix}
\begin{tikzpicture}[remember picture,overlay]
\node[fit=(mymatrix-4-4)(mymatrix-5-5),inner sep=-0.2ex,text height=1.2em] (f){$b$};
\draw[thick] ([xshift=0.5ex]f.south west)-| (f.north west) -- ++ (0.5ex,0)
([xshift=-0.5ex]f.south east)-| (f.north east) -- ++ (-0.5ex,0);
\end{tikzpicture}
\end{equation*}
\end{document}

Answer 2

En lugar de bmatrixpara la matriz de 2x2 que usé matrix. Pero es sólo una preferencia personal y se puede cambiar sin problemas.

\documentclass{article}

\usepackage{amsmath}

\begin{document}

\begin{equation*}
    a_1=
    \begin{bmatrix}
        \begin{matrix}  
            1 & 0 & 0\\ 
            0 & 0 & 0 \\
            0 & 0 & 0
        \end{matrix} & 
        \begin{matrix} 
            0 & 0\\
            0 & 0 \\
            0 & 0
        \end{matrix}\\
        \begin{matrix}
            0 & 0 & 0\\
            0 & 0 & 0
        \end{matrix} & 
        \begin{matrix} & b & \end{matrix}\\
    \end{bmatrix}
\end{equation*}

\end{document}

Resultado con matrix:

Resultado con bmatrix:

Answer 3

Una solución con blkarray:

\documentclass{article}
\usepackage{multirow}
\usepackage{blkarray, bigstrut}
\usepackage{amsmath}

\begin{document}

\begin{equation*}
    a_1=
  \left[
   \begin{blockarray}{@{\,}ccccc@{\:}}
\bigstrut[t]
           1 & 0 & 0 & 0 & 0 & \\
            0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \\
            0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \\
        \begin{block}{@{\,}ccc[\BAmulticolumn{2}{!{}c!{}}@{\:}]}
            0 & 0 & 0 & \multirow{2}{*}{b}\\
           0 & 0 & 0 & \\
        \end{block}
\BAnoalign{\vskip -7ex}
    \end{blockarray}\right]
\end{equation*}

\end{document}