線性代數(shù)的本質(zhì)-抽象向量空間

這是本系列課程的最后一節(jié),主要來重談一下什么是向量。

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什么是向量灭翔?以二維向量為例,可以認(rèn)為他是一個(gè)平面內(nèi)的一個(gè)箭頭,然后在坐標(biāo)系下給它賦予了一組坐標(biāo)汞贸,也可以理解為是一組有序的實(shí)數(shù)對(duì),我們只是將他形象理解為平面內(nèi)的一個(gè)箭頭印机。

但本節(jié)想討論一下既不是箭頭矢腻,也不是一組數(shù)字,但具有向量性質(zhì)的東西射赛,如函數(shù)多柑。函數(shù)其實(shí)是另一種意義上的向量,如滿足向量加法:

同樣滿足數(shù)乘性質(zhì):

再來說一下函數(shù)的線性變換楣责,這個(gè)變換接受一個(gè)函數(shù)竣灌,然后把它變成另一個(gè)函數(shù),如導(dǎo)數(shù):

一個(gè)函數(shù)變換是線性的秆麸,需要滿足什么條件呢初嘹?先回顧一下線性的嚴(yán)格定義,它需要滿足如下的兩個(gè)條件:

求導(dǎo)是線性運(yùn)算沮趣,因?yàn)樗矟M足可加性和成比例:

接下來屯烦,我們嘗試用矩陣來描述求導(dǎo),先把眼光限制在多項(xiàng)式空間中房铭,整個(gè)空間中可以包含任意高次的多項(xiàng)式:

首先給這個(gè)空間賦予坐標(biāo)的含義驻龟,這需要選取一個(gè)基,這里更準(zhǔn)確的說法是選擇一組基函數(shù)缸匪,一個(gè)很自然的想法是(b0(x)=1,b1(x) = x,b2(x) = x2....)翁狐,這組基函數(shù)的包含無限多個(gè)基函數(shù),因?yàn)槎囗?xiàng)式的次數(shù)可以是無限的:

這樣豪嗽,一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)可以表示成一組坐標(biāo)谴蔑,例如:

再比如:

更加通用的寫法是:

在這個(gè)坐標(biāo)系中豌骏,求導(dǎo)是用一個(gè)無限階矩陣描述的,主對(duì)角線上方的次對(duì)角線有值隐锭,而其他地方為0窃躲,舉個(gè)例子:

這個(gè)求導(dǎo)矩陣是怎么得到的呢?很簡(jiǎn)單钦睡,對(duì)每個(gè)基函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)蒂窒,然后放在對(duì)應(yīng)的列上即可,比如b2:

所以荞怒,乍一看矩陣向量乘法和求導(dǎo)是毫不相關(guān)的洒琢,但其實(shí)都是一種線性變換,但是有時(shí)候名字可能不太一樣:

哈哈褐桌,可以看到衰抑,數(shù)學(xué)中有很多類似向量的事物:

向量可以是任何事物,只要它滿足下面的八條公理即可:

好了荧嵌,本系列課程的筆記就到這里了呛踊,喜歡的大家點(diǎn)個(gè)贊哇!記得一定要去看原視頻喲啦撮!

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