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参考视频:

【猴博士【线性代数】4小时不挂|线代】 https://www.bilibili.com/video/BV1fv411y7YY/?p=2&share_source=copy_web&vd_source=a9248fac1911da7678699a591ef91b0c

【【熟肉】线性代数的本质 - 01 - 向量究竟是什么?】 https://www.bilibili.com/video/BV1Ys411k7yQ/?share_source=copy_web&vd_source=a9248fac1911da7678699a591ef91b0c

向量

概念:线性代数中最基础、最根源的组成部分

物理专业视角:向量是空间中的箭头。决定一个向量的是它的长度和它所指的方向。

只要以上两个特征相同,你可以自由移动一个向量而保持它不变。

计算机专业视角:向量是有序的数字列表。使用二维向量对特定事物进行建模以得到相关分析。

数学专业视角:向量可以是任何东西。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。

向量加法和向量数乘贯穿线性代数始终,二者起着很重要的作用。

先想象一个箭头。想象这个箭头落在x-y坐标系中,并且箭头起点位于原点。

一个向量的坐标由一对数构成。这对数指导你如何从原点(向量起点)出发到达它的尖端(向量终点)。

第一个数告诉你沿着平行x轴的方向走多远。正数代表向右移动,负数代表向左移动。

第二个数告诉你沿着平行y轴的方向走多远。正数代表向上移动,负数代表向下移动。

例如点(-4, 2)。为了把向量和点区别开,惯用的方法是把这对数竖着写,然后用方括号括起来$\begin{bmatrix}
-4\2
\end{bmatrix}$

向量的加减

$
\begin{bmatrix}
a\b
\end{bmatrix}
+
\begin{bmatrix}
c\d
\end{bmatrix}=
\begin{bmatrix}
a+c\b+d
\end{bmatrix}
$

向量的数乘(向量的缩放)

$ 2 \cdot \begin{bmatrix} x\y \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2x\2y \end{bmatrix} $

在 x-y 坐标系中,引入两个特殊的向量:

一个沿x轴指向正右方,长度为1,通常被称为”i帽” 或者x方向的单位向量

另一个沿y轴指向正上方,长度为1,通常被称为”j帽” 或者y方向的单位向量

那么我们便可以用这两个向量表示任何二维向量

例如向量$\begin{bmatrix}
3\-2
\end{bmatrix}$,想象它的x坐标是一个标量,它将i帽拉伸为原来的3倍;想象它的y坐标也是一个标量,它将j帽反向并拉伸为原来的2倍。

从这个角度去看,这个向量实际上是这两个经过缩放的向量的和。

$\begin{bmatrix} 3\-2 \end{bmatrix} = (3)i + (-2)j = \begin{bmatrix} 3i\-2j \end{bmatrix}$

我们称 $i$ 和 $j$ 是 $xy$ 坐标系的”基向量”。

向量的线性组合

$ a \overrightarrow{\mathrm{v}}+b \overrightarrow{\mathrm{w}} $ (a和b为标量,可以在实数范围内变动)

两个向量标量乘法之和的结果被称为这两个向量的线性组合。

1.大部分情况下,对于一对初始向量,你能到达平面中的每一个点。

2.但当两个初始向量恰好共线时,所产生的向量的终点被限制在一条过原点的直线上。

3.两个向量都是零向量时,只能待在原点。

向量张成空间

又称为给定向量张成的空间

1.对大部分二维向量对来说,它们张成的空间是所有二维向量的集合。

2.但当共线时,它们张成的空间就是终点落在一条直线上的向量的集合。

线性代数紧紧围绕向量加法与数乘。

两个向量张成的空间实际上是问:仅通过向量加法与向量数乘这两种基础运算,你能获得的所有可能向量的集合是什么。

想象落在一条直线上的一些向量时,由于它们重叠太多,你会觉得太拥挤而想象不过来;

而同时想象所有二维向量堆满平面时,出于同样的原因,你会觉得更拥挤,不利于想象。

为了对付这种情况,我们使用向量的终点代表该向量。

用这样的方法来看,如果你要考虑落在一条直线上的所有向量时,只考虑直线本身就行了。

类似的,同时考虑所有二维向量时,将每个向量抽象为它的终点,这样就只需要考虑无限大的二维平面本身即可。

1.对大部分二维向量对来说,它们张成的空间是整个无限大的平面。

2.但如果共线,它们张成的空间就是一条直线。


$A^{T}$:转置矩阵

若 $ A = \begin{bmatrix} 1&2&3 \ 4&5&6 \ 7&8&9 \end{bmatrix} $,则 $A^{T} = \begin{bmatrix} 1&4&7 \ 2&5&8 \ 3&6&9 \end{bmatrix} $

$A^{*}$:伴随矩阵