最近工作要用到线形代数了,然后把自己四五年前的线形代数笔记重新整理了下,发了出来。
若矩阵是A,行列式就是|A|,对于一个2x2矩阵A,其行列式定义为|A| = ad - bc。对于更大的方阵,行列式可以通过余子式展开(拉普拉斯展开)递归定义。这个过程可以扩展到任意大小的方阵。至于什么是余子式展开,下面再说,现在还不重要。
对于2x2矩阵,它表示由两个向量形成的平行四边形的面积(确实是这样,你可以自己画图算一下);对于3x3矩阵,它表示由三个向量形成的平行六面体的体积。
单位矩阵,就是对角线都是1,其余都是0的矩阵。很好理解,就类比自然数的1嘛。
可逆矩阵,就是AB=I=BA,I是单位矩阵,A和B互为可逆矩阵,B也可以写作,类比自然数,其实就是互为倒数的感觉。实际上,它们的行列式互为倒数。
但其实还是有更深层的意义的,对于一个矩阵(先按照n行n列算,比较简单),我们可以将其看成n元一次方程的系数(该n元一次方程的等号右边都是1),我们的目的是要算出所有的n个自变量(这个我们在小学就学过吧),经过变换变成了单位矩阵时,实际上就算出了所有的n个自变量。举个例子:
|3 1 4|
|2 7 3|
|2 9 9|
这么一个矩阵,将其看成n元一次方程的系数,那么这个n元一次方程组为:
解n元一次方程组谁都会吧?这个在小学就学过了,现在就是用n元一次方程组类比矩阵,方便理解。
但是,如果这个矩阵变换不成单位矩阵呢?这时候只有一种情况,某一行或某几行全部都变成0了,比如说一行是 3x+5y=1,另一行是6x+10y=2,前一行能完全消除后一行,这就是某一行能全部变零的原因。这就导致一个问题,我们无法算出所有的n个自变量都是啥。所以说一个矩阵可逆,其用处比不可逆要大。
而且从行列式的角度来说,如果一个矩阵转化不成单位矩阵,也就是转换到最后某一行或某几行都是0,那么这个行列式的值也是0,这是能算出来的,另外这个矩阵的行列式也是0,再怎么变换都是行列式0,这是这个矩阵的固定特性:行列式为0
因此,只有行数等于列数的矩阵才能算出所有的自变量,或者说能转成单位矩阵,或者说可逆,行数不等于列数的矩阵不可逆,很浅显易懂对吧。
那么什么是变换?或者说什么是线性变换?其实还是能通过解n元一次方程来看,比如将第一行所有的值乘以二再用第二行减之,目的是消除一个自变量(或者说,将这个自变量的系数变为0),这就是线性变换。我们这么变换并不会使自变量的值发生变化,毕竟我们小学的时候一直都是这么算的。
我们目前研究的都是线性变换,还有其他别的变换吗?也就是非线形变换,比如说把n元一次方程的某一行都乘以0,矩阵就变成了不可逆矩阵,这就是非线形变换,而且也不是很有意义了。我们往往研究可逆矩阵的线形变换,这是最有意义的。
什么是线性有关/无关?例如n元一次方程组的两个方程:和,明眼人一看就能看出来这两个方程是一个方程,前者乘以2就能消除后者,那么我们就说这两个方程是线性有关的,意味着这个方程组没办法求出全部解了,所以线性有关不好,线形无关好。
对于不可逆矩阵,或者说,经过线形变换成的单位矩阵,某几行全部都是0,这种不可逆矩阵,我们也应该评价一下它到底有多么不可逆,按照解n元一次方程来看,有多少行全部都是0,就意味着有多少个自变量解不出来,我们把有多少行不会被消除为0的行数称为秩,可逆矩阵的秩就是可逆矩阵的行数,秩可以看作是n元一次方程中“真正有用”的行的数量,系数矩阵的秩可以帮助我们确定方程组的解的个数。
现在我们都是按照N x N的正方形矩阵算的,如果是M x N的长方形矩阵呢?它们肯定都是不可逆的,但我们规定如果一个矩阵的秩等于它的行数或列数(取较小的那个),那么这个矩阵就是行/列满秩的。如果是方阵,行满秩矩阵与列满秩矩阵是等价的。满秩矩阵必为方阵。
满秩矩阵的行列式不为0,这其实是一个概念的一体两面,这个概念就是:这个矩阵作为n元一次方程的系数矩阵的话,能解出所有解。
矩阵的乘法是例如A和B两个向量,先挑取A的第m行向量,再挑取B的第n列向量,做一个相乘再全部加起来,作为结果向量C的第(m, n)个向量。因此需要A向量的列数等于B向量的行数,最后的结果矩阵就是A向量的行数,B向量的列数。这很好理解。
什么是转置矩阵?把矩阵A的行换成同序数的列,形成的矩阵称为转置矩阵,例如: |1 2| |3 4| |5 6| 变成了 |1 3 5| |2 4 6| 很好理解吧,该矩阵称为A的,记作。
什么是伴随矩阵?由的代数余子式所构成的矩阵,称为的代数余子式矩阵,什么是代数余子式?后面再说。其转置称为的伴随矩阵,记作,伴随矩阵有一个特点,就是用这个伴随矩阵除以行列式,就是逆矩阵,我们往往用这个特性求逆矩阵,这就是伴随矩阵的意义。
先写到这里,大家觉得怎么样?如果对你有帮助的话,我继续写。