MIT線性代數 9 線性相關性 基 維數

2021-08-21 21:07:36 字數 1369 閱讀 7417

線性相關的定義:給定一組向量(x1,x2,x3...xn),除了他們係數等於0相加後值為0之外,如果還存在一組數使得他們相加等於0,那麼稱這組向量線性相關,否則線性無關。(也就是零空間n(a)中存在非0向量則為線性無關)

如果一組向量中包含0向量那麼這組向量是線性相關的,因為我門可以取任意倍的0向量,其餘向量係數取0,那麼就可以得到0向量了。

乙個二維空間中有三個不共線的向量,問這三個向量線性相關嗎?答案是必然線性相關,因為二維空間兩個不共線的向量就可以表示整個二維空間了,剩下那個向量肯定是前兩個的線性組合,那麼這三個向量必然線性相關。

如果乙個m*n的矩陣所有列向量線性無關,那麼這個矩陣的秩等於n,因為自由列都是由主列組合而得到的。

設v1,v2,v3..vn向量生成乙個空間,那麼這個空間就是包含這些向量的所有線性組合。

如果向量生成空間s,則s 是包含這些向量組合的最小空間。 

如果乙個矩陣的列向量既要能生成指定的空間,又要線性無關,那麼向量的數量要適當。

基的定義:一組向量v1,v2,v3...vn,他們要滿足兩個條件:

他們是線性無關的,可逆。

他們能生成整個空間。

例子:

三維空間最易找到的基是單位陣。但並不是唯一一組。

結論:如果乙個矩陣是n維的,那麼一組基的向量個數就是n(無論是列空間還是零空間,基向量的個數總是為n)。

由此引出維數,乙個空間的維數就是基向量的個數。

例子:

列空間:如圖列出了矩陣a的列空間和零空間,那麼可以快速發現矩陣a中最多只有兩列線性無關,比如第一列和第二列,那麼該矩陣的秩為2,也就是列空間的維數,我們可以定義矩陣的秩等於列空間的維數(注意不是矩陣的維數),並且頭兩列也是矩陣的基,但並是不唯一的,比如第一列和第三列也可以組成一組基,再比如我們自己從a中的列空間組合乙個基:

該基是由列空間線性組合得到的,但是他們倆線性無關,所以也是一組基。

零空間

如圖,該矩陣的零空間是2維的,我們是通過給自由變數賦值得到的零空間,所以零空間的維數是自由變數的數目。

結論:m*n的矩陣,列空間的維數是r,零空間的維數是n-r。

線性代數導論9 線性相關性 基 維數

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