【線性代數的本質】為什么說線性代數研究的是空間變換?_嗶哩嗶哩_bilibili
注:
1.在線性代數中 ,常常不把點看成是點,而是看成是一個由原點出發的向量。所以,點的坐標相當於是向量的坐標。
2.正方形(圖中灰色圖形)可以看成是由一大堆向量組成的圖形,對這一堆向量進行A變換,即對正方形里面所有的向量都做一個A變換。A變換是讓橫坐標變為原來的2倍,縱坐標不變。
3.A變換對應的變換是拉伸變換。
4.矩陣乘法就是在做一個空間變換。
5.矩陣的行列式的值是圖像發生變換的面積的倍數,即:面積變化為原來的2倍。
注:
1.平面中,任何一個二維向量在被B作用后,將會逆時針旋轉θ的角度(在同一個坐標系中)。這里說的是在同一個坐標系中,經過一個旋轉矩陣的左乘后,點的位置發生了變化。
2.下面的推導是坐標轉換的推導,是同一個點從一個坐標系轉換到另一個坐標系下的坐標。
上面的推導有小錯誤,現在訂正如下:
下面看矩陣乘法為何是不可交換的?
注:
1.1和2的過程,假如結果一樣,就認同矩陣乘法可交換,假如結果不一樣,就認為矩陣乘法不可以交換,即不滿足交換律。
2.矩陣的乘法雖然沒有交換律,但是有結合律,簡而言之,就是滿足就近原則。
注:
1.
2.對於一個幾何圖形而言,先旋轉后拉伸和先拉伸后旋轉效果一般是不會一樣的。
注:
1.對於二維圖形來說,是面積的一個放大率。
2.對於三維圖形來說,是體積的一個放大率。
3.旋轉變換不會改變圖形的面積,所以旋轉變換放大倍率是1。
4.行列式的幾何意義:圖形左乘矩陣做空間變換前后的一個放大倍率。
空間變換的兩種特殊情況:
情況1:
空間變換的矩陣中有負值:
情況2:
空間變換的行列式等於0.
注:
1.這個空間變換后,圖像看起來像是被壓扁,從二維的圖像變成了一維的線了(降維)。而線段沒有面積,所以放大率是0(相當於面積乘以0).
2.空間變換也可以把三維的物體變成二維的圖像。
矩陣的可逆與不可逆:
注:
1.假如空間變換對於的矩陣,使得圖像是在同一個維度之間發生變化的,比如二維圖像的拉伸,旋轉(此時的空間變換矩陣的行列式不為0,拉伸的話,行列式是一個數值,旋轉的話,行列式的值的1),那么這個過程還是可以變回去的,就意味着空間變換矩陣是可逆的。
2.假如空間變換是讓三維的圖像變成了二維(此時的空間變換矩陣的行列式一定為0),或者讓二維的圖像變成了一維(此時的空間變換矩陣的行列式也一定為0),那么這個過程就是不可以變回去的,這意味着空間變換矩陣是不可逆的。