向量組的線性相關性
題一:
a:是。它們都是線性無關的。含有兩個向量的向量組,若兩個向量的分量對應成比例則線性相關,否則線性無關。
b:否。兩兩線性無關並不能說明總體線性無關。
c:否。有可能某一或某些向量並不是其他向量的線性組合,但整體依然線性相關。
d:是。因為向量個數超過了向量的元素個數(維度)。也就是說它構成的系數矩陣是欠秩的,也必然有自由變量。
向量組線性相關性的定義:
我對線性無關的理解是:找不到這樣一組不全為零(非平凡)的權值,使得向量組中有至少一個向量能被其他向量的線性組合所表示。
反之,只要向量組里有一個向量能被其他向量線性表示,我們就稱這個向量組線性相關。
而且,如果向量組線性相關,必然有無窮多組權使得向量方程有解。
——>齊次方程有無窮多非零解。
如果我們能找到一組值(x1,x2,x3……xn)將這n向量分別進行放縮后,能夠首尾相接,那我們就說它們是線性相關的。
以二維向量組為例,已知,兩個不共線的二維向量可以表示平面所有向量,它們構成的向量集合span(r1,r2)=R^2,那么向量數量超過兩個的二維向量組必然線性相關。
因為剩余的向量都包含在構造的向量集里了。
v1,v2的所有線性組合,等於二維空間的所有向量
線性組合或表示式的代數意義是向量數乘和加法的綜合。它的幾何意義,就是對向量組內的向量長度進行縮放后,依照平行四邊形法則進行合並相加。
兩個向量組等價的幾何意義也很好理解:它們所擴張的直線,平面,空間(所有線性組合的集合)重合。
如何判斷向量組是否線性相關?有以下幾個方法:
1.向量組的向量個數超過向量的元素個數(維數)時,該向量組必然線性相關。
2.研究向量組構成的齊次線性方程組的解的情況,如果有非平凡解,則線性相關,否則線性無關。
非平凡解<——>矩陣的秩小於列數n<——>無窮多解<——>有自由變量<——>線性相關
只有零解<——>矩陣的秩等於列數n<——>有唯一解<——>線性無關
(矩陣的秩的定義為:行或列向量的極大線性無關組,小於等於(行數或列數的最小值)。行秩等於列秩等於秩。
矩陣的秩不可能大於列數,例如兩個三維向量不可能張成三維空間。)
推論——>計算該向量組構成的行列式,如果|A|=0,則線性相關。
對於R^n中的向量x,R^m中的向量T(x) 稱為x在T作用下的像。所有像的集合稱之為值域。
(R^n稱為定義域,R^m稱為余定義域。)
矩陣就是變換。
從R^n到R^m的所有線性變換T,都是矩陣變換x——>Ax。T的值域就是A所有列向量的所有線性組合。
說了半天,什么叫做線性變換?
1)疊加性:和的變換等於變換的和。f(x1+x2)=f(x1)+f(x2)
2)齊次性:比例的變換等於變換的比例。f(kx)=kf(x)
這兩點合起來,就是線性組合:f(k1x1+k2x2)=k1f(x1)+k2f(x2)。每個矩陣變換都是線性變換。
我們把這樣的矩陣稱為線性變換T的標准矩陣。
滿射與單射
滿射
如果矩陣的列向量構造的線性組合集=R^m,即R(A)行滿秩時,我們說這個映射是滿射的。
單射(一對一映射翻譯不恰當)
題目二:
解:R(A)=3,說明矩陣的列向量張成R^3,若x為四維向量,則AX=b有解。故(1)對。
方程AX=b有一個自由變量,意味着對於每一個b,有多個X與之對應,所以該映射不是單射。
(R(A)<4,意味着有一個維度在變換中被消解了。我們得到的是投影。)
矩陣與向量的乘法
矩陣與向量相乘
矩陣與向量相乘,就是把向量映射到矩陣A的列向量所張成的空間(集合)里。新向量就是以原向量各個元素為權(坐標)的列向量(坐標基)的線性組合。
我們知道向量是既有大小有有方向的量,它的存在和描述是不依賴於坐標系的,它表示的是兩點之間的位移。(一個點離開坐標系是沒法描述的。)
向量經矩陣轉換后,得到的是它在矩陣的列向量構成的空間中的投影。