線性變換與二維空間與矩陣

參考視頻:
https://www.bilibili.com/video/av6025713
https://www.bilibili.com/video/av6043439
https://www.bilibili.com/video/av6128021/?spm_id_from=trigger_reload

一.線性變換

1. 數(shù)學(xué)概念:

嚴格意義上,線性變換是將向量作為輸入和輸出的一類函數(shù)。

2. 但我們可以將線性變換看作對空間的擠壓伸展:

如果一個變換具有以下兩條性質(zhì),我們稱它是線性的:

  • 直線在變換后仍然保持為直線赏陵,不能有所彎曲
  • 原點必須保持固定
    你可以把線性變換看作是"保持網(wǎng)格線平行并等距分布"的變換

二.如何記錄一次線性變換赤拒?

問題:
你應(yīng)該給計算機什么樣的計算公式敌蜂,使得你給它一個向量的坐標(biāo)捌木,它能給你變換后向量的坐標(biāo)呢

答案:
你只需要記錄兩個基向量庸论,也就是i和j(變換后)的位置铛纬,其他向量回隨之而動

三.矩陣

一個二維的線性變換僅由四個數(shù)字完全確定:變換后i的兩個坐標(biāo)與變換后j的兩個坐標(biāo)
通常我們將這些坐標(biāo)包裝在一個22的格子中厌均,稱為22矩陣

如果你有一個描述線性變換的2*2矩陣,以及一個給定向量告唆,你想了解線性變換對這個向量的作用棺弊,你只需要取出向量的坐標(biāo),將它們分別與矩陣的特定列相乘擒悬,然后將結(jié)果相加即可

四.二維空間變換的應(yīng)用

用矩陣描述一些線性變換:

  • 將整個二維空間逆時針旋轉(zhuǎn)90度:
  • 剪切:
  • 列線性相關(guān):

    如果變換后的i和j是線性相關(guān)的模她,意為著其中一個向量是另一個的倍數(shù)那么這個線性變換將整個二維空間擠壓到它們所在一條直線上,也就是這兩個線性相關(guān)向量所張成的一維空間

五.復(fù)合變換

如果你有一個向量懂牧,將它進行旋轉(zhuǎn)后剪切侈净,一種計算方式是先旋轉(zhuǎn)在剪切,另一種是復(fù)合變換僧凤,結(jié)果一樣:

六. 復(fù)合變換和矩陣

復(fù)合矩陣第一列的值就是左側(cè)矩陣與右側(cè)矩陣第一列的乘積:

類似的畜侦,j首先落在右側(cè)矩陣第二列所代表的位置上,然后左側(cè)矩陣與這一列相乘就能得到j(luò)的最終位置:
最終的結(jié)果:
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