Fork me on GitHub

[线性代数]Note 1--方程组的几何解释

这是记录麻省理工学院公开课:线性代数的笔记,网址是麻省理工公开课:线性代数
第一节课说的是有关方程组的几何解释。网址是方程组的几何解释


首先是介绍方程组的几何解释,提出可以用矩阵表示,然后矩阵表示有两种表达方式,分别是行图像和列图像。行图像比较常见,比如两条直线相交,而列图像则比较少见。

两个未知数两个方程

然后老师举例说明,首先是两个方程组两个未知数的例子,例子如下所示:

用行图像表示如下所示:

这里用A=$ \left[\begin{matrix} 2 & -1 \\\ -1 & 3 \end{matrix} \right]$,x = $\left[\begin{matrix} x\\\ y \end{matrix}\right]$,b=$\left[\begin{matrix} 0 \\\ 3 \end{matrix}\right] $,可以得到Ax =b

这里表示的就是两条直线,并且它们相交于点(1,2)

如果是用列向量,则如下所示:

对于这种写法,老师称之为列向量的线性组合,然后在二维坐标平面上表示了这两个向量,而这个列向量的线性组合的解,其实在用行图像表示的时候已经得到了,就是x=1, y=2

三个未知数三个方程组

接着老师给出了三个未知数的情况,举例如下所示

使用行图像表示,A = $ \left[\begin{matrix}2 & -1 & 0 \\\ -1 & 2 & -1 \\\ 0 & -3 & 4\end{matrix}\right]$,b=$\left[\begin{matrix}0 \\\ -1 \\\4\end{matrix}\right]$,

使用列图像表示是如下所示:

如果通过行图像来求解,需要通过在三维坐标轴上画出3个平面求平面的交点,这是非常困难的。(这里老师也说了下一节课会介绍消元法来求解)。

而如果看列图像,则可以轻松得到答案:x=0,y=0,z=1,当然这是老师特意设计的题目,所以才这么容易得到这个答案。

然后老师就问了一个问题:

对任意的b,都能令Ax = b有解吗?
这个问题对于这个三个未知数的例子来说,等价于这个例子中的列向量的线性组合是否能覆盖整个三维空间?

这里的答案当然是不能确定的,如果三个列向量都是在同一个平面上,那么得到的解也就只是在同一个平面的。

矩阵向量相乘的解法

最后老师介绍了矩阵与向量相乘的两种解法,首先是一个例子

两种解法分别是按照行向量还是列向量来解答的。

第一种,如果是按照列向量解答,则可以写成如下所示:

第二种,就是按行来求解,如下所示:

也就是第一个矩阵的第一行乘以第二个向量的对应列,然后第二行乘以第二个向量的对应列。

这种解法也是当初刚开始学习线性代数所学习的方法。

总结

这节课的收获主要是了解到列向量这种求法,之前对于矩阵的求解,还是通过按行来相乘求解的。不过在这节课中的例子都是矩阵乘以向量得到一个向量,如果是矩阵之间的相乘,不知道是否还是可以如此解决。

最后是手写笔记如下所示
image