对线性代数的理解

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什么是空间

先看空间的特征

  1. 是三维空间里由无数点组成的集合
  2. 这些点和点之间有联系
  3. 可以在三维空间定义长度和角度
  4. 可以通过变换,将另一个移动到另一个点

1和2是空间的基础,3只在三维空间里面有,所以重要的是4,空间允许变换,也就是说集合里的对象,允许变换才是空间

空间是容纳变换的一个对象集合

向量空间

向量空间是现代数学中的一个基本概念,是线性代数研究的基本对象,是指一组向量及相关的运算即向量加法,标量乘法,以及对运算的一些限制如封闭性结合律

其实就是向量空间是一个集合,这个集合包括

  • 向量集合

  • 向量运算

  • 向量运算的性质

    • 封闭性

      数学中,若对某个集合的成员进行一种运算,生成的仍然是这个集合的成员,则该集合被称为在这个运算下闭合。(向量+向量=向量)

    • 结合律

选基

我们研究向量的时候要选定一个基准研究,比如笛卡尔坐标系,只要x和y轴不平行理论上就可以,但是这样很难算,所以我们要选一个好的基准

线性空间

如果能通关选基,把对象表达成一个向量的形式,并且元素可以变换就是线性空间

   举例:

    假设集合A是次数小于n的多项式集合,这个集合是线性空间嘛?

    是的

向量空间是线性空间的子集

矩阵

前面说了,空间是允许变换的集合,那矩阵就是用来描述变换的,在线性代数中,把一个向量变换成另一个向量,用矩阵去描述

那矩阵是变换,怎么施加变换呢

就是向量×矩阵

线性代数

而线性代数巧妙的地方在于,向量本身也可以看成是一个矩阵,这样空间中的元素和空间的变换可以用同一个东西去表达

其实我们研究线性代数,可以看成是研究向量的变换。

所以线性代数本质,就是把一些复杂问题,转换为线性空间能表示的,然后我们用矩阵去研究他们的变换

一些资源

Introduction to Linear Algebra, Fifth Edition (2016)

Linear Algebra Done Right, Second Edition

Immersive Linear Algebra