第一節 方程組的幾何解釋

2021-10-12 07:39:42 字數 1404 閱讀 1896

求解線性方程組是線性代數得基礎,假設乙個方程得個數是n,未知數得個數也是n.我們舉乙個n=2得例子。

2x-y=0\\ -x+2y=3\\ \end

2&-1\\ -1&2 \end \right] \left[ \begin x\\ y \end \right]= \left[ \begin 0\\ 3 \end \right]

[2−1​−

12​]

[xy​

]=[0

3​]設左邊兩行雜湊得矩陣是係數矩陣為a,未知數向量為x,等式得右側為結果向量b,則有

a x=

ba x= b

ax=b

行影象是我們熟悉的方式,一行顯示乙個方程,兩條直線相交.可以看出上圖得交點是(1,2),即為方程得解

下面我們來看列影象,簡單理解就是把係數矩陣a按列進行分解,按這個思路改造一下方程組得矩陣表達為:

x [2

−1]+

y[−1

2]=[

03]x \left[ \begin 2\\ -1 \end \right] + y \left[ \begin -1\\ 2 \end \right]= \left[ \begin 0\\ 3 \end \right]

x[2−1​

]+y[

−12​

]=[0

3​]我們暫時將x得係數向量稱為col1,y得係數向量稱為col2,這個矩陣得意義在**呢,它得目的是如何以正確數量得col1和col2組合得到b,這種組合稱為列向量的線性組合

上圖可以看出當x=1,y=2時等式成立。

接下來讓我們思考乙個問題,考慮上面的方程組,對於所有b的取值,是否都能找到方程的解?答案是肯定的(根據高斯消元法)。因為所有b的取值會鋪滿整個二維空間,所以這個問題等價於列的線性組合是否能覆蓋整個二維空間。

再回到ax=b這個方程,考慮n>2的情況,對於n元n次方程有:

對於所有b的取值,是否都能找到方程的解 《=》列的線性組合是否能覆蓋整個n維空間。

我們可以看到決定這個問題的唯一因素就是a這個矩陣。如果答案為yes,則a是乙個非奇異矩陣可逆矩陣

那麼什麼時候這個問題不成立呢,考慮這些情況,n=2,當col1=col2時(所有線性組合都在一條直線上),或者n=3,col1+col2 = col3(所有線性組合都在乙個平面上),這時b的取值就無法覆蓋整個n維空間,方程也無解

第一節 方程組的幾何解釋

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