代数(1)

参考教材:Linear Algebra and Its application.    David C.Lay的中译版本《线性代数及其应用》第4版.

距离学《高等代数》的那段时间已经快两年了,期间也有不时地返回头复习,但是也多是为了应付竞赛等等的。现在,用本新教材,跟着新的编排思路,重新学学。

之前,上课的教材是《高等代数》北大版高教出版社。这本书是从基本的代数开始讲起:比如一开始介绍整式、多项式等,大概是从第二章起从序的概念引入向量,之后渐渐开始矩阵等等的。编排思路很是令我咂摸不透啊……虽然已经过去两年了,之后会再看看那本书(毕竟人家是各大高校复试的指定教材),再做博客。

这本书直接从线性代数讲起,里面有些大一学习《高等代数》没想清楚的概念,在这里简单地记一下。


  • 线性方程组的相容

是指该线性方程组至少有一组解;那么,不相容就是该线性方程组是无解的。

  • 行的初等变换

行的初等变换是可逆的。具体地,包括:倍加变换、对换变换、倍乘变换。

  • 两个矩阵行等价 

是指,一个矩阵可以经过一系列行初等变换成为另外一个矩阵。

  • 矩阵的阶梯型和简化阶梯型

阶梯型(行阶梯型)大概就是化简到“一次只能下一个台阶”的地步。即在下图中每次拐角只能下一个台阶。

在这一阶梯型中,有几个概念:

1. 先导元素:就是非零行最左边的非零元,称为该行的先导元素,在上图中,第一个“2”、“3“、”4“都是对应行的先导元素;

2.主元列:就是先导元素所在列,上图中:第2,4,5列就是主元列。

简化阶梯型:在阶梯型的基础上,,将先导元素化为1,再把先导元素头上的非零元化成零元,通过初等行变换实现。简化阶梯型的好处是:方便写出通解,容易看出谁是自由变量(非主元列对应的变量),谁是基本变量(主元列对应的变量)。上图如果是系数矩阵的话,那么x_{2} \:\: x_{4}\:\:x_{5}就是基本变量,x_{1}\:x_{3}就是自由变量。

思考:主元列,是第一次听说,我觉得,它的存在很好地标识了(矩阵列向量的)极大线性无关组。


看了 狗熊会 的一篇文章,对相似矩阵&相似变换有了新的认识,以下内容不完全是原创,参考资料就是狗熊会的那篇讲相似矩阵的微信推送。

一般来说,空间中的向量可以看作是:起点是原点O的有向线段。而,线性变换,对应一个矩阵。

把向量\mathbf{a},经过线性变换A,得到向量\mathbf{b},就可以使用矩阵的语言表述为:\textbf{b} = A\cdot \textup{\textbf{a}};

如果选用不同的基底去描述这个线性变换就会有不同的矩阵:

基底e1,e2对应的矩阵A能够把向量a,变成,向量b,也就是:b = A*a

而在基底e1' , e2' 下对应的矩阵是B,能够做到上面的变换,值得注意的是,这里不能写成:b = B*a。

这是因为向量a 、b现在的坐标还是在基底e1 、 e2之下的,需要将其换算成基底e1'、e2'下的坐标。

(如何理解?在不同基底下,向量本身是没什么不同的,但是坐标是不同的,这是因为不同基底,意味着衡量单位不同,我是这么想的)

假设基底e1、e2  和 基底e1' , e2'之间的过渡矩阵为P,那么,在基底e1'、e2'下,向量a、b分别是P*a、P*b。

于是,在基底e1' , e2' 下,对应的线性变换就是,(P*b) = B*(P*a),即P*b = B*P*a。最后一步:联立这两个式子,可以解得:P\cdot A=B\cdot P,也就是矩阵A和矩阵B相似。

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