线性代数的本质(笔记一)

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注:本篇笔记来源于《线性代数的本质》一课程。

写在前面

本课程主要通过几何来了解线性代数

1. 向量

对于向量有三种观点:

  1. 物理学
    具有大小和方向
  2. 计算机
    数组,列表
  3. 数学
    概括前面两者,只要保证向量的加法和数乘有意义即可。

本课程由于是通过几何来了解,所以会通过坐标轴来表现向量,需要想象向量是空间中的箭头, 进一步就是向量是有序的数列

二维

三维

线性代数即围绕向量的加法数乘展开。

1.1 加法

加法

1.2 数乘

数乘

2.线性组合、张成的空间和基

2.1 基向量

这里写图片描述

在一个坐标系里,不用局限于这种x轴和y轴的基向量,也可以选择不同方向的基向量 ,但也意味着在相同坐标里,它们所表现出来的向量是不等价的。

2.2 线性组合

线性组合

2.2.1 如何理解“线性”这个词?

这里写图片描述

这里写图片描述

2.3 张成的空间

这里写图片描述

以两个向量为例:
像在大部分的二维里,向量张成的空间是一个二维平面;
如果向量在同一条直线上,那么它们张成的空间也就是一条线。

2.4 线性相关

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当一个向量的变化并不会影响其它向量张成的空间改变,即称为线性相关。(应该就是这个向量的变化一直出现在其它向量张成的空间里。)

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当一个向量的变化会改变其它向量张成的空间,即称为线性无关。(这个向量的变化没有在其它向量张成的空间里。)

2.5 基的严格定义

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3. 矩阵与线性变换

3.1 线性变换

就是一个向量通过变换输出成另外一个向量。(也就是把一个向量作为一个输入值,传给一个函数,然后输出另外一个向量)
这里变换函数是一个意思,用变换这个词能让我们从运动的角度来分析。

满足两个条件即可认为是线性变换:

这里写图片描述

这里写图片描述

3.2 如何用数值描述线性变换?

只需要记住两个基向量变换后的位置即可,其它向量都会随之移动。

这里写图片描述

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也就是说,假定在原来的坐标(基向量为(1,0)和(0,1))里有一个向量(x , y),我们想知道它通过线性变换后,是会出现在什么位置?
那么就可以通过先知道变换后的基向量的位置(基向量变为(a,c)和(b,d)),再将基向量跟这个向量进行线性组合即可。

这里写图片描述

这种操作可以称为矩阵向量乘法

4. 矩阵乘法与线性变换复合

多次变换(假设先旋转再剪切)后的矩阵其实也就是一个复合的矩阵。

这里写图片描述

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可以看到这里的变换函数是从右往左添加,是因为函数的记号(记得我们在上面说变换即函数):

这里写图片描述

普适性地来看复合矩阵的计算:

这里写图片描述

这里写图片描述

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把 左边矩阵 看作是 右边矩阵 变换后的 基向量。

这里不满足乘法交换律。
即先旋转再剪切 跟 先剪切再旋转 得到的效果是不一样的。

M1M2 ≠ M2M1

(这里有个地方是我一开始想不明白,就是我一开始对这个变换想成了是通过改变基向量来实现变换,但其实不对,基向量的改变是变换后的结果,而不是变换的原因。所以在用几何考虑变换的时候,不应该去改变基向量,而要考虑的是整个坐标的变换后,才去看基向量的改变结果)

符合乘法结合律。

(AB)C = ABC

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