線性代數(shù)的本質(zhì)(2)

視頻來源:線性代數(shù)的本質(zhì)

1. 點積究竟是什么?

\overrightarrow{u}\overrightarrow{v}相乘拴曲,幾何意義是:\overrightarrow{u}\overrightarrow{v}上投影的長度\overrightarrow{v}的長度井仰。

圖1. 點積的集合意義

  • 當兩個向量方向大致相同時浅缸,點積結(jié)果為正
  • 當兩個向量方向垂直,點積結(jié)果為0
    當兩個向量方向大致相反学搜,點積結(jié)果為負
點積(對應坐標相乘)與向量之間投影有毛線關(guān)系?

\begin {bmatrix} 1 & 2 \end {bmatrix}的直觀理解:二維平面中,\overrightarrow{i}\overrightarrow{j}被變換之后讨勤,可以用一維中的一條線來表示。:在數(shù)軸上表示為


此時晨另,我們把這條直線放在二維平面中潭千,然后找一個向量,與這條直線完全重合借尿,這個時候刨晴,二維空間中的基向量,在上的投影 = 在基向量上的投影路翻。
注意紅框標注的地方

在與向量\begin {bmatrix} 3 \\ 4 \end {bmatrix}相乘后狈癞,

注意:不管任何一個二維到一維的線性變換,都能夠在二維空間中找到一個與之對應的向量茂契。這個向量的目的:是把2 * 1維的向量(\overrightarrow{v})亿驾,都變成一個數(shù)。

2. 叉積究竟是什么账嚎?

前面提到過莫瞬,行列式可以度量兩個向量面積增大或減少的比例(跟基向量相比)儡蔓。兩個三維向量\overrightarrow{v}\overrightarrow{w}生成一個新的三維向量\overrightarrow{p}\overrightarrow{p}的長度疼邀,就是\overrightarrow{v}\overrightarrow{w}圍成平行四邊形的面積喂江,方向需要根據(jù)右手定則來確定。

叉積的運算法則
image.png

3. 基變換旁振?

可以這么看获询,同樣在一個空間維度中(在同一個地球上),不同的基就相當于說不同語言的人(中文拐袜、英語)有一天吉嚣,Bill想認識一個女孩,于是問你該怎么辦蹬铺。

  1. 目標向量左乘基變換矩陣(他的目的:“我想約她尝哆,我要怎么辦”:翻譯成中文===用我們的語言描述他的基向量,此時的結(jié)果是表達同樣的意思甜攀,但是是用我們的語言描述的)
  2. 第一步結(jié)果左乘線性變換矩陣(你了解后:提供建議)
  3. 第二步結(jié)果左乘基變換矩陣的逆(你把你的建議翻譯成英文)

4. 特征值與特征向量

前面提到過秋泄,空間中的向量都可以通過基向量進行變換、裁剪得到规阀,那么恒序,一個向量在變換和裁剪的過程中,基向量所張成的空間其實或多或少都發(fā)生了改變谁撼,然而歧胁,有一些很皮的向量,仍然留在他們原來張成的空間中厉碟,這些很皮的向量与帆,就稱作為:特征向量,每個特征向量都有一個所屬的值墨榄,被稱為“特征值”玄糟。

特征值的大白話解釋:其實就是**衡量特征向量在變換中拉伸或者壓縮比例的因子。

在三維空間中袄秩,如果向量張成的空間(一個立體物體)阵翎,在變換過程中按照某個值旋轉(zhuǎn)了,那么之剧,旋轉(zhuǎn)的軸就是特征向量郭卫。

特征向量與特征值的計算公式

\begin{equation} \begin{aligned} A·\overrightarrow{v} &= \lambda·\overrightarrow{v} \\ &= (\lambda·I)·\overrightarrow{v} \\ 0 &=(A- \lambda·I)·\overrightarrow{v} \end{aligned} \end{equation}
\overrightarrow{v}為零向量時,本身沒有任何幫助背稼,因此贰军,我們需要當\overrightarrow{v}為非零向量時,使(A- \lambda·I)與之相乘為\overrightarrow{0}。即词疼,要求(A- \lambda·I)能夠?qū)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=%5Coverrightarrow%7Bv%7D" alt="\overrightarrow{v}" mathimg="1">實行降維俯树,若要降維,則需要其對應的行列式為0

需要注意的一點是:有幾個特征值贰盗,不代表有幾個特征向量许饿。\begin {bmatrix} 1 & 1\\ 0 & 1 \end {bmatrix}特征值為1,特征向量對應一條舵盈。但是陋率,若\begin {bmatrix} 2 & 1\\ 0 & 2 \end {bmatrix}特征值為2,但是特征向量卻不止一條秽晚,原本空間中所有的向量都是其特征向量瓦糟。

對角矩陣

如果你足夠幸運,你的矩陣為對角矩陣赴蝇,like this:\begin {bmatrix} 2 & 0\\ 0 & 3 \end {bmatrix}菩浙。那么,對角線上的每一個元素都是特征值扯再,為什么?因為在原本的空間中址遇,基向量本身就是特征向量熄阻,你只是將原本的坐標軸進行了拉伸或者壓縮,并沒有進行剪切倔约,因此秃殉,基向量還是原來的基向量

百度上找的一道例題

5. 抽象向量空間

線性的定義:


線性的定義

怎樣把一堆多項式浸剩,轉(zhuǎn)換到空間中钾军?


空間與多項式的關(guān)系

注意上圖中基函數(shù)的定義

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