我在B站学习系列:线性代数的本质Ⅰ

强烈安利

线性代数本质

系列课程,第一次晓得这个是本科导师推荐的,当时告诉老师,自己高等代数没有怎么学明白,学完了也不知道到底在搞些什么东西,老师就推荐了这一系列课程,当时听了就有一种醍醐灌顶的感觉,感触最深的地方是,原来行列式的意义是酱紫的。
但是呢,由于本人记忆力不太好,很多当时相当有感触的东西,要是不回头看一看,现在能够想起来的少之又少,所以再刷一遍视频,并记录下来。

0.序

几何本质帮助你理解何时使用这些工具,感受到它们为什么有用以及如何解读最终结果,数值水平让你顺利使用这里工具。
如果在学习线性代数时,没有几何上的直观理解作为坚实基础,那么就会在做工作的时候一脸懵逼。

一、向量的本质

三个视角:

  • 物理专业学生:一定方向和长度的箭头,可以自由移动一个向量保持它不变。
  • 计算机专业学生:向量\Leftarrow\Rightarrow数字列表
  • 数学专业学生:向量可以是任何事物,只要保证两个向量相加以及数字与向量相乘是有意义的即可。

加法的意义:如[a,b]^T表示点从原点出发沿x轴正轴移动a,沿y轴正轴移动b那么[a,b]^T+[c,d]^T可以先考虑完x轴移动再考虑y轴移动,于是我们得到[a+c,b+d]^T
数乘的意义:缩放。

线性代数并不局限于某一个视角,而是在这些视角上相互转化。而线性代数本身给了计算机一个操纵空间的工具,这就很强大了。

二、线性组合、张成的空间与基

"Mathematics requires a small dose,not of genius,but of an imaginative freedom which,in a larger dose,which be insanity."------Angus K.Rodgers
[a,b]^T可以理解为将基向量\vec{i},\vec{j}分别缩放a,b倍以后相加的结果。

三、矩阵与线性变换

"Unfortunately,no one can be told what the Matrix is.You have to see it for yourself."------Morpheus
为何使用变换一词,而不是沿用函数,这并非故意困扰你,而是提示你这个过程是向量在运动。
所谓的线性:

  • 直线变换以后仍为直线
  • 原点不动
    考虑线性变换\left[\begin{array}{cc} a&b\\ c&d\\end{array}\right]\left[\begin{array}{c} a\\ c\end{array}\right]为第一个基的落脚点\left[\begin{array}{c} b\\ d\end{array}\right]为第二个基的落脚点,作用于向量\left[\begin{array}{c} x\\ y\end{array}\right]即为x\left[\begin{array}{c} a\\ c\end{array}\right]+y\left[\begin{array}{c} b\\ d\end{array}\right]
    而旋转变换就可以视为基向量的旋转:\left[\begin{array}{cc} cos\theta&cos(\theta+\frac{\pi}{2})\\ sin(\theta)&sin(\theta+\frac{\pi}{2})\end{array}\right]
    剪切(Sheer)变换:\left[\begin{array}{cc} a&b\\ c&d\end{array}\right]

四、矩阵乘法与线性变换复合

"It's my experience that proofs involving matrices can be shortened by 50% if one throws the matrices out."------Emil Artin
用几何意义思考易知一般M_1M_2\not= M_2M_1结合律(AB)C=A(BC)

五、行列式

"The purpose of computation is insight,not numbers."------Richard Hamming.
线性变换后的图形面积缩放比例,正负号与定向有关(右手法则)
用一句话解释det(M_1M_2)=det(M_1)det(M_2)

六、逆矩阵、列空间与零空间

"To ask the right question is harder than to answer it."------Georg Cantor
线性方程组A\vec{x}=\vec{v}
以三维为例,看变换后结果

  • 仍为三维,则可逆。
  • 直线是一维,称则个变换秩为1
  • 成为平面,称这个变换秩为2

变换后落在原点的向量的集合称为矩阵的核

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