MIT线性代数:1.方程组的几何解释

线性组合的定义:

定义一个包含k个实数变量的集合  ,且假设已知一个k个实数权重集合  

我们定义  。s变量是对变量x的加权线性”混合”。因此,将s定义为变量的线性组合。

考虑下面两个方程组:

2x-y=0

-x+2y=3

 

现在来考虑这两个方程组的解

 

1.在一个二维平面上,我们以作图的形式来看这个问题:

我们可以直观的画出两条直线,直线的交点就是方程组的解:x=1,y=2

 

2.现在我们换一种角度来思考:列向量的形式去看这个问题Ax=b

 

由于矩阵的乘法我们可以写成这样:先假设前面的那个向量为A,后面的为B

 

现在我们分析上面那个表达式的几何意义:

也就是说:能否找到一个任意倍数的A向量  + 任意倍数的B向量    =  \begin{bmatrix} 0\\3 \end{bmatrix}

 

所以它的几何意义:  \begin{bmatrix} 0\\3 \end{bmatrix} 是 A、B两个向量的线性组合。

  

下面这个图也就是几何意义。

 

进一步分析:我们怎么知道是否有解呢?

2x-y=0

-x+2y=3

 

我们先从方程组的角度考虑:

1个方程组解一个未知数。上面是两个是两个方程(而且两者的最简方程不是一样的),所以上面的方程一定有(唯一解)。

 

现在从向量的角度来看

 

A =  \begin{bmatrix} 2\\-1 \end{bmatrix}  ,B=\begin{bmatrix} -1\\2 \end{bmatrix}

这两个向量肯定不是重合的。

想象一下:两个向量:前面可以是任意倍数的伸缩,可以看成两个直线。又几何知识我们可以知道:两个不平行的直线可以组成一个平面。

 

而  \begin{bmatrix} 0\\3 \end{bmatrix},这个向量肯定在这个平面上。所以必定有解。

 

 

下面考虑无解的情况:

如果上面的方程组,其中一个经过化简之后跟另一个完全一样。那么就相当于只有一个方程组,那肯定是不能解出两个未知数。

 

同样的以向量的角度:这两个向量是平行的话,怎么组合都是在同一个方向。所以是解不出来的

 

 

有了上个面的了解:我们可以试着去理解三维或者多维的情况。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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