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线性代数是由线性方程组发展起来的,线性方程组是线性代数的核心概念和根基。后面有些概念都可以通过线性方程组去理解。
什么叫做线性方程呢,线性指的就是直线的意思,变量与自变量是比例关系,对于两个变量的线性方程在其坐标系中表示直线,多余三个自变量的线性方程在其坐标系中表示直的平面......
我们知道微积分的思想,就是化曲为直,把非线性的曲线划分成直线段,把曲面分成平面,因为我们只会计算直线,测量同样也只会直尺。工程学中就很多复杂的问题就是直径划分中简单线性问题,会有很多因素变量形成对应关系,这就需要列成很多线性方程组。
例如方程组
5x+6y+4z=6
3x+6y+8z=2
9x+y+4z=1
解方程组的过程就是不断消元的过程,消元就是对变量前的系数进行计算,使某一元素的系数为0,那么这个元素就消去了。所以每次计算中我们不需要重复写X\Y\Z这些元素,约定好它们的位置,只对系数进行操作就可以了。于是我们可以把方程组写成以下形式,这样系数就可以放在一起。
仔细分析这个式子,要想和上面的方程组对应上,就是左边矩第一行乘以右边矩阵一列,这也是矩阵相乘的根本来源,矩阵相乘来源还原方程组的每个方程。
我们把只有系数的组合叫做矩阵,把含有系数和结果的数字组合叫做增广矩阵。矩就是矩形,阵就是阵列,就是数字按照矩形形状组成的阵列。
线性代数的行几何意义
我们先看例如方程组:这三个
5x+6y+4z=6
3x+6y+8z=2
9x+y+4z=1
这三个方程分别表示三个平面,如果有一组解,表示这三个平面相交于一点,这点坐标值(x,y,z)就是这个解;最终系数矩阵化成这样的形式:上三角形;
如果有很多解,表示有两个平面重合或者三个平面重合,两个平面重合与三平面相交于一条直线,那么这条直线上的所有坐标都是解,最终系数化解成这样的形式:
如果三个平面重合成一个平面,那么这个平面的坐标都是解,最终化成这样的形式:
如果三个平面两两相交,表示没有重合的部分,没有解,那么这个系数矩阵最终形式:化解不成三角形式:
这就是我们为什么会把举证化解成三角形式的目的:可以化解成三角形表示有单一解,消去一行或者多行,表示有多个解,对实际没有帮助,只有我们去值,可有意义。如果不能化解成三角形式,表示没有解,这几个条件方程相互矛盾,不能达成一致。
线性代数的列几何意义
如图原方程组化解成:
后面坐标形式,表示一个向量的坐标。在坐标系中表示一个有方向的线段。
那么原线性方程组的系数矩阵对向量的各坐标伸缩,例如第一行系数是对向量这样操作的,5x+6y+4z:对原向量x方向延长5倍,对y方向延长6倍,对z方向延长4倍。
也是对向量的线性操作。
同理我们知道系数矩阵化解成有一行或者多行为0的时候,他们对应的坐标例如y或者z就不再有任何意义了,而坐标x,y,z表示的维度。所以这是我们后面提到的秩的意义,秩的意义就是几何维度。
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