线性代数的本质(二)

还是延续上次的理解方法,若需更加深入理解请看视频(线性代数的本质)

矩阵运算的本质

上次我们说到,矩阵运算本质是加法和乘法,而加法可以理解为向量缩放,矩阵乘法理解为空间变换。

行列式

行列式我学习的时候就是死记硬背,还没学习矩阵时就开始学习行列式,完全不懂行列式的内在含义。
我们先在二维里考虑:
二维的基向量h^{hat} y^{hat}面积为1*1=1;经过剪切变换,成为一个平行四边形,面积还是1,这个变换后的面积就是行列式。推广到高阶,面积可以推广到体积,以及我们不可以直观看到的度量。
根据这个思想,你可以解释行列式的计算方式了。

线性方程组

线性方程组,先讲讲方阵的形式。线性方程组可以用Ax=b来表示,A为系数矩阵,x为变量向量,b为等式右边的常数向量。

我们可以这样理解,x是空间中的一个向量,A就是一个变换矩阵,b就是变换结果,线性方程组就是一个线性变换。
那么,求解x就是求解出b向量通过A变换前的向量。A^{-1}是A的逆变换,先经过A变换,在经过A^{-1}变换后,相当于没有变换,在Ax=b两边同时左乘A^{-1},就可以求出x。

上述的情况非常理想,它建立在你能求出A^{-1}的情况下,还记得A^{-1}是什么吗?是A变换的逆过程,那么要是A变换找不到逆过程呢?也就是从一个平面变换到一条直线、一个点,我们说过,线性变换就是一个函数,只能一向量对一向量。所以我们不可能找到一个函数,从一条直线变换到一个平面。从二维平面到直线、点,基向量所形成的面积呢?当然是0了,于是行列式也就为0。

找不到逆变换就没有解吗?不一定,如果b刚好在变换后的直线上呢?甚至刚好在0点上呢?这就有了其他解。

经过变换后空间的维度就是秩数,一维秩为1,二维为2。如果A矩阵的秩小于列空间数,就是一个降维变换,行列式的值为0。

列空间

基向量的扩张空间。如果列空间里有b,那么就有解,否则就无解。

零空间

经过变换后都在原点上的向量都在0空间里。

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