線性代數:矩陣


一:含義

將一些元素排列成若干行,每行放上相同數量的元素,就是一個矩陣。這里說的元素可以是數字,例如以下的矩陣:

\mathbf{A} = \begin{bmatrix}
9 & 13 & 5 \\
1 & 11 & 7 \\
3 & 9 & 2 \\
6 & 0 & 7 \end{bmatrix}

 

二:特點

矩陣的一個重要用途是解線性方程組。線性方程組中未知量的系數可以排成一個矩陣,加上常數項,則稱為增廣矩陣。另一個重要用途是表示線性變換,即是諸如{\displaystyle f(x)=4x}之類的線性函數的推廣。

矩陣表示一個線性變換。輸入一個向量,輸出一個向量

線性變換:1.變換后,空間直線依然是直線。2.空間原點保持固定位置不變

怎么用矩陣表示線性變換?

變換前,向量i的坐標是[1,0],向量j的坐標是[0,1]

給空間施加線性變換,變換后

向量i的坐標是[1,-2],向量j的坐標是[3,0]

 

 

變換之前的空間里面,假設變換前向量[3,-5]的空間位置就是3[1,0] -5[0,1],為[3,-5]。任意一個向量[x,y],它在原來空間的位置就是xi+yj,為x[1,0] + y[0,1]。

原來的向量[x,y],經過變換后,在變換后空間的位置就是 x[1,-2] + y[3,0] = [1x+3y, -2x+0y]。

 

矩陣a,就表示了原來向量[x,y]在空間的一種線性變換。

 

例子:

綠色箭頭是原始的向量i[1,0],橙色是原始的向量j[0,1]。一個向量[-1,2]按照矩陣,進行變換,變換后是什么樣子呢?

變換后的位置向量就是 -1[3,1] + 2[1,2],按照向量的加法就是[-1,3],如下圖中的位置

例子:

i和j經過變換變成如下圖所示

也就是空間發生了旋轉的線性變換,從原來的空間,向左旋轉了90°。

原來的空間如下圖:

原來空間的任意向量,黃色線表示,經過旋轉線性變換后,變成什么樣子呢?,變換后的向量為[-2,1]

  變換后的樣子。

行列式在數學中,是一個函數,其定義域為det的矩陣A,取值為一個標量,寫作det(A)或 | A | 。無論是在線性代數多項式理論,還是在微積分學中(比如說換元積分法中),行列式作為基本的數學工具,都有着重要的應用。在 n 維歐幾里得空間中,行列式描述的是一個線性變換對“體積”所造成的影響。

二維:行列式反映的是在空間里面,面積縮放的比例。

變換前的兩個單位向量i和j:變換前i和j組成矩形的面積是1

變換后的i和j:i和j組成的矩形的面積是行列式的值:行列式表示的是線性變換縮放的比例

                                                                    

對於任意規則形狀,要求里面所有圖形變換后的面積,其實只需要求出,一個線性變換(矩陣)行列式的值,就能知道所有圖形的面積縮放比例。

假如一個矩陣的行列式|A| = 2,那么就是把原來i和j組成的面積擴大了2倍,這樣就可以求不規則圖形的變換后的面積

三:矩陣的運算

矩陣可以看做是一組列向量,或者一組行向量,矩陣的加法,其實就是向量的加法。

矩陣做加法的前提:兩個矩陣的行和列數量相同

四:矩陣相乘

 

哈哈

矩陣和矩陣相乘其實就是,把后面的矩陣看做兩個列向量,每個列向量相當於輸入向量,經過矩陣進行線性變換,得到新的向量[a,b]和[c,d],兩個新的向量組合,就是矩陣相乘的結果矩陣。

矩陣相乘的底線是:相乘的矩陣順序不能改變。

 

矩陣要存在行列式,必須是行和列的數量相等。

 

 

奇異矩陣

逆矩陣的求解

 

 

 

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