1.1 Vector and Linear Combinations (向量和线性组合)

本专栏为 “Introduction to Linear Algebra” (第五版)这本书的重点笔记。
因为本书是英文版的,所以我的笔记中会夹杂简单的英文记录。

本节有 6 个核心知识点:

  1. 3\vec{v} + 5\vec{w} is a typical linear combination c\vec{v} + d\vec{w} of the vector \vec{d} and \vec{w} (知道什么是线性组合)

  2. For v=\left[ \begin{array}{l} 1 \\ 1 \\ \end{array}\right] and w = \left[ \begin{array}{l} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] that combination is 3\left[ \begin{array}{l} 1 \\ 1 \\ \end{array}\right] + 5\left[ \begin{array}{l} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] = \left[ \begin{array}{l} 3+10 \\ 3 + 15 \\ \end{array}\right] = \left[ \begin{array}{l} 13 \\ 18 \\ \end{array}\right] (怎样计算线性组合)

  3. The vector \vec{v} = \left[ \begin{array}{l} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] = \left[ \begin{array}{l} 2 \\ 0 \\ \end{array}\right] + \left[ \begin{array}{l} 0 \\ 3 \\ \end{array}\right] goes across to x = 2 and up to y=3 in the xy plane (向量的几何意义)

  4. The combinations c\left[ \begin{array}{l} 1 \\ 1 \\ \end{array}\right] + d \left[ \begin{array}{l} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] fill the whole xy plane. They produce every \left[ \begin{array}{l} x \\ y \\ \end{array}\right] (两个二维向量如果不共线,则可以生成整个二维空间。)

  5. The combinations c\left[ \begin{array}{l} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{array}\right] + d \left[ \begin{array}{l} 2 \\ 3 \\ 4 \\ \end{array}\right] fill a plane in xyz space. Same plane for \left[ \begin{array}{l} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{array}\right], \left[ \begin{array}{l} 3 \\ 4 \\ 5 \\ \end{array}\right]. (两个三维向量如果不共线,则可以生成三维空间中的一个面)

  6. But \begin{array}{l} c + 2d =1 \\ c + 3d =0 \\ c + 4d =0 \\ \end{array} has no solution because its right side \left[ \begin{array}{l} 1 \\ 0 \\ 0 \\ \end{array}\right] is not on that plane. (该方程组无解,因为等式右边的向量不在左边向量生成的平面上)

这些知识点中,前两个比较好理解。从第三个开始,涉及到向量的几何意义,简单说明如下。

看待向量的角度有三个,以二维向量为例:
设有一个二维向量\vec{v} = \left[ \begin{array}{l} x \\ y \\ \end{array}\right]
我们可以把它看成:

  1. 两个数码在一起
  2. 一个从平面(0, 0) 出发的箭头,箭头的终点在 (x, y)
  3. 平面上的一个点 (x, y)

很显然,第一个视角不是重点,线性代数的重点是第二和第三个视角。
利用第二个视角,我们可以看出向量加法的几何意义,如下图:

另外说明一下本书的表示法:

向量以列向量的形式表示,用中括号[],坐标用小括号()。
即:
\left[ \begin{array}{l} x \\ y \\ \end{array}\right](x, y) 表示的是一样的东西。

基于第三点表达的向量的几何意义,后面几点也就自然而然了。

在后续章节中,会更深入的涉及到后面几点到内容。

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