第五課時:轉置-置換-向量空間r
本課時講解轉置和置換,然後講解線性代數的核心概念:向量空間。核心思想是,通過某些向量構成乙個向量組成的空間。這些向量屬於r^n,構成的子空間也在r^n中。
一、置換矩陣permutation
置換矩陣:可進行交換的矩陣,是行重新排列了的單位矩陣。
注意點:
1)單位矩陣是最基本的置換矩陣。
2)n揭一共有n!個置換矩陣。
3) 所有置換矩陣都可逆,而且逆與其轉置相等。乙個置換矩陣乘以其轉置等於單位矩陣。
在進行矩陣分解時a=lu,我們假設了沒有行互換,現在我們取消這個假設,matlab會檢查每個主元位置上是否為0,甚至對很小的接近於0的數也進行行交換(因為這些數值運算上很難處理,會影響數值的準確性)。如何處理a=lu中的行互換?對任意可逆矩陣,都有以下形式:
二、轉置transpose、對稱矩陣symmetric matrices
矩陣轉置中,對稱矩陣的轉置還是矩陣本身。
所有的r矩陣轉置乘以r矩陣都是對稱矩陣,為什麼?如下圖,顯然,r轉置兩次還是r
三、向量空間vector spaces,子空間sub spaces
重點理解向量空間概念,子空間概念
向量空間:表示有很多向量,一整個空間的向量。但並不是任意向量的組合都能成為空間。必須滿足一定規則,必須能夠進行加法和數乘運算,必須能夠進行線性組合,對加法和數乘運算封閉。
把r2稱為乙個平面,xy平面。可以將其考慮成所有向量的組合。
r3是所有三維實向量組成的向量空間。
r^n包含所有的n維向量,是n維向量空間。
向量空間性質(或者說需要滿足的規則):對加法和數乘運算封閉,或者說對線性組合封閉,即所有的空間內的向量線性組合後仍在空間內。
檢驗是否是空間(向量空間或者子空間)的方法就是看是否對那些運算封閉。
子空間:滿足空間規則,但又不需包含所有向量。取某向量空間的部分空間(顯然得到的就不是向量空間了),這部分中的向量不管是加法還是數乘,結果依然在此部分空間內,這就是子空間。
r2的子空間:1)穿過原點的直線;2)原點;
(特別注意,這不是零空間,只能說零向量是r2的子空間)3)r2
r3的子空間:1)穿過原點的直線;2)穿過原點的平面;3)原點;(特別注意,這不是零空間)4)r3
矩陣的子空間的構造:
通過列向量構造,r3中,矩陣a(舉例只有2列)這些列的所有線性組合構成乙個子空間(得到乙個平面,列共線的話就是一條直線),它也叫做
列空間c(a),c表示column意思。
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