臨近考試,梳理了一下已學矩陣論課程的整個系統框架。
線性空間到它本身的映射是線性變換,在不同基下的表示是過渡矩陣。
酉變換是一個在C上保持矩陣內積、長度、向量夾角和形狀的變換;
正交變換是一個在R上保持矩陣內積、長度、向量夾角和形狀的變換;
Household矩陣是保持向量范數不變的變換。
從一個線性空間到另一個線性空間的映射,可以通過矩陣表示。
這個矩陣表示是一個λ矩陣,即A(λ),這里的λ是一個未知數,而非特征值。
我們所熟知的簡單映射,其矩陣表示是數字陣,即0次λ矩陣,
若有n個線性無關的特征向量,則通過相似變換可以對角化到Jordan標准型,求特征值——λ,
特征值之和是tr(A),特征值之積是det(A),
當然用(λI-A)特征方程求根會是一個更簡單的方法;
它的特征矩陣是(λI-A),即1次λ矩陣,
通過相抵變換可以得到Smith標准型,進而得到不變因子、行列式因子、初等因子+秩——(λ-λi)。
最后一個不變因子是最小多項式,它是所有化零多項式的一個最大公因式。
化零多項式是s.t. φ(A)=0的φ(λ)。
以上的
特征值λi——初等因子+秩(λ-λi)
約當標准型——Smith標准型
都是同一空間在不同基下的矩陣表示的等價條件,即所謂找“特征”是否“相似”;
而如果對於不同映射的相似程度,我們引入范數的概念,
范數是一種函數映射,可以在不同空間下(數、各種維度的向量、不同規模的矩陣),
也可以有不同的函數計算方式(一范數、二范數、p范數、無窮范數),
在同一空間的不同范數等價。
我們常用的是二范數,即長度,
長度在向量空間下,稱為向量的模;
在實數域上,就是絕對值。
對於二維向量,它在坐標軸中的圖像是一個圓,
然而,在實際中,可能根據不同的條件來定義不同范數,
如城市規划中,區域距離min不可能用圓形衡量,就可能要選用方形的無窮范數。
當然,映射也存在逆映射,因為目標空間中的值域子空間與源空間不是一一映射,我們就有了廣義逆,
如果Ax=b,b不落在值域子空間內,則方程不可解,即不相容,此時考慮線性極小二乘問題。
可以利用廣義逆求解線性方程的解,以及線性極小二乘問題的解:
滿足加號逆條件中{1}的,稱為減號逆,是線性方程Ax=b的解;
滿足加號逆條件中{1,4}的,是線性方程Ax=b的最小范數解;
滿足加號逆條件中{1,3}的,是線性極小二乘問題min||Ax-b||的解;
滿足加號逆條件中{1,2,3,4}的,稱為加號逆,是以上所有問題的解,也是線性極小二乘問題的最小解。
至於二次型,則是一種對於二次曲線的旋轉變換,它通過相合變換仍保持正負慣性指數不變,因此這是二次型的一個“特征”。