線性代數的本質 學習筆記

2021-08-02 16:02:00 字數 1159 閱讀 4023

00 序言

線性代數的數值運算:幫助你順利應用這些工具。

幾何直觀:幫助你判斷出解決特定問題需要什麼樣的工具,感受到它們有為什麼有用,以及如何解讀最終結果。

01 向量究竟是什麼?

看待向量的三種觀點:物理專業學生視角——向量是空間的乙個箭頭,由長度和方向決定。

計算機專業學生視角——向量是有序的數字列表,2維。

數學家——向量可以是任何東西,只要保證兩個向量相加以及數字與向量相乘有意義即可。

二維空間,向量一般豎著寫,然後用方括號括起來,上面表示沿著x軸走了多遠,下面表示沿著y軸走了多遠。每一對數與乙個向量一一對應。

三維空間,向量對應三元陣列。

向量的加法,向量的移動,可以看做數軸上加法的拓展。

向量的數乘,對向量進行拉伸或者壓縮,稱為縮放。

02 線性組合、張成的空間與基

將每個座標看做標量,表示如何拉伸或者壓縮乙個向量。

一對特殊的向量:i帽,j帽,xy座標系的基向量。

不同的基向量,不同的座標系。每當我們用數字描述向量時,它都依賴於我們正在使用的基。

兩個數乘向量的和被稱為這兩個向量的線性組合。(如果固定其中乙個標量,讓另乙個標量自由變化,所產生的向量的終點會描出一條直線)

所有可以表示為給定向量線性組合的向量的集合,被稱為給定向量張成的空間(span)。

向量與點的關係:可以用向量的終點來表示向量,替換箭頭表示。 單個向量看作箭頭,多個向量看作點。

兩個三維向量張成的空間是過原點的平面。

如果第三個三維向量不與它們共面,當第三個三維向量縮放時,它將前兩個向量張成的平面沿著它的方向來回移動,從而掃過整個空間。

對於第三個向量已經落在前兩個向量張成的空間當中,或者兩個向量恰好共線的情況,即一組向量中至少有乙個是多餘的,沒有對張成空間做出任何貢獻,你有多個向量,並且可以移除其中乙個而不減小張成的空間,當這種情況發生時,我們稱它們是「線性相關」的。另一種表述:其中乙個向量,可以表示為其他向量的線性組合,因為這個向量已經落在其他向量張成的空間之中。另一方面,如果所有向量都給張成的空間增添了新的維度,它們就被稱為是「線性無關」的。

基的嚴格定義:向量空間的一組

張成該空間的乙個

線性無關向量集。(思考一下為什麼這個定義合乎情理)

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