矩阵与线性变换

矩阵可以看成空间两条向量组成的[a,c],[b,d],即平面的一条基向量,我们计算乘法的时候,只需要计算x[a,c],y[b,d]即可,即前取行。后取列,然后相加。

我们可以把矩阵的列看作变换之后的基向量,矩阵乘法看成他们的线性组合。真是太有意思了

`当只进行一次变换的时候,即第二个矩阵只有一列,这个计算方式更简单。`

线性代数的实质

因此,当有两列成倍数的时候,两个基向量就在同一条直线上了

线性代数的实质

如果理解了矩阵乘法就是空间变换,后面的概念就很好理解了

线性代数的实质

# 矩阵乘法与线性变换

我们需要时刻牢记,两个矩阵相乘有着几何意义,也就是两个线性变换的相继作用。如下,两步可以合成一步,分步骤就是两步,只看结果就是一步,这是等价的。

但是等价过程的运算是什么样的呢?这就是我们说的矩阵乘法了。

线性代数的实质

线性代数的实质

矩阵乘法怎么计算呢?就和乘法分配律类似,我们只需要找到i和j的去向即可,步骤如下:

①首先从右看,找到第一列,来观察i的去向(古人习惯f(g(x)的表达,所以从右往左看)

线性代数的实质

②观察j的去向

线性代数的实质

③于是得到最后的结果

线性代数的实质

当然,不排除,前取行,后取列这个公式有时候计算更加简单,但对其运算的实质却什么都体现不出来。

同时,我们这样算就省去了繁琐的加法,直接对应,然后拼在一起就好,其实这个最后就得到了前取行,后取列的公式

但是,当只进行一次变换的时候,即第二个矩阵只有一列,这个计算方式更简单。

这样,我们就可以很轻易的解释为什么不符合交换律了,因为先剪切,后旋转得到的图形,和原图形完全不符。

线性代数的实质

线性代数的实质

虽然矩阵乘法不满足交换律,但是满足分配律,我们只要满足一个方向即可,几何变换很好解释这一说法

线性代数的实质

三维空间中的线性变换

这是旋转的

线性代数的实质

计算方法和二维相同

行列式

我们讲基向量进行拉伸,旋转之后,原来坐标系的图形面积大小就会发生相应变化,变化的倍数就叫行列式。

如果得到负值,就相当于把平面反转了,本来i是x轴,j是y轴,现在变成了,j是x轴,i是y轴了。

线性代数的实质

那怎么计算呢?

线性代数的实质

那为什么是这样计算的呢?

我们假设b和d都是0(没有旋转),因此,i拉伸了a倍,j拉伸了d倍

线性代数的实质

这个简图可以为一般情况提供参考

线性代数的实质

这里是三维的计算公式

线性代数的实质

矩阵乘法之后,得到的矩阵的行列式,与两个行列式直接做乘法的结果相同,证明类似二维的。

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矩阵与线性方程组

线性代数的实质

逆矩阵

线性代数的实质

A的逆,与A做矩阵乘法,会回到最初的状态,即什么都没做,这个什么都没做的变换称为恒等变换

我们可以通过两边同乘一个A的逆,来求解向量方程

线性代数的实质

线性代数的实质

线性代数的实质

“秩”代表着变化后空间的维数,准确点说是列空间的维数,当秩达到最大值得时候,意味着秩和列数相等,我们称为满秩

列空间

列空间就是矩阵的列所张成的空间。

零向量一定会被包含在列空间里,因为线性变换的基础是原点不变呀

零空间

变换后落在原点的向量的集合,被称为矩阵的“零空间”或“核”

向量的点积

线性代数的实质

非方阵

线性代数的实质

这个是两列三行,表示有两个基向量,每个是三维的

线性代数的实质

这个表示有三个向量,每个向量有两个维度

线性代数的实质

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