「三人務於精熟,而亮獨觀其大略」。
此話出自《魏略》。講的是諸葛亮在荊州與石廣元、徐元直、孟公威俱遊學時,諸葛亮與其他三人不同的學習方法。
應用到線性代數學習上,也是一樣的操作。線性代數偏重於理解,很抽象,很雜,很繁,很煩。除開少部分天賦異稟的平推型選手,很多人應該都需要先觀其大略,有了直觀的大體的掌握,再去細細地計較一些具體操作,才能深刻理解這門學科。
簡單地說就是,這不是一系列很嚴謹正確但是看不懂的文章。
國內教科書大多從行列式講起,國外則不是,Sheldon Axler的《Linear Algebra Done Right》(中文譯名「線性代數應該這樣學」)完全拋棄了矩陣和行列式的概念,深入到最本質的向量空間,講的更清楚。
我們先學習這本,然後再學習MIT的《Linear Algebra and ItsApplications》(中文譯名「線性代數及其應用」)。也就是說,先理解向量空間,再練熟矩陣運算。這兩本書還不算淺顯,我想寫的再淺顯一點,這是我的初衷。
高能預警!!!!!!!!
1.2.3,開始吧。
慢著,和該書一樣,本文的「數」,既可以是實數,也可以是複數。
好我們正式開始。
011.1向量空間
向量空間是集合。
向量空間是集合。
向量空間是集合。
向量空間是什麼的集合?向量的集合。向量?想像成箭頭就好了。
向量空間就是平面,你想想看,很多很多很多很多箭頭密密麻麻在紙上排列,不就是向量空間嗎?
但是我們不能止於此,我們還要研究高維的向量空間。這要引入組的概念。
021.2組
組就是,排列,大家想像成坐標就好啦。在線性代數裡面,就是把一個一個坐標裡面的數字換成向量就好了。
關於組我們需要了解什麼呢?
組和集合的對比:
組有順序,可重複,集合對這兩點沒有要求。例如,組(3,5)和(5,3)是不相等的,但是集合{3,5}和{5,3}是相等的。組(4,4)和(4,4,4)是不相等的(它們的長度不同),而集合{4,4}和{4,4,4}都等於集合{4}。
注意,組的對象可以是數,也可以是點,也可以是向量。如果組的元素是數,那麼組就相當於是向量,組的集合就是向量空間。如果組的元素是向量,那麼組就是元素有順序的向量空間。
031.3向量
大家學線性代數,向量及其運算肯定知道吧...
041.4向量空間(記作V)
誒之前不是有一個向量空間嗎?
剛剛是彩排,我們現在正式請出我們第一章的主角,向量空間。
凡事有根基,我們一般說V是R或者C上的向量空間,不能直接說V是向量空間。意思就是,V中組(向量)的坐標、組(向量)的係數,是實數或者複數。
這裡提到了一個「加法單位元」』、「乘法單位元」和「加法逆」。定義了這些,就可以運算,就像我們定義了1+1=2,那麼所有的數都可以做加法。
051.5多項式
多項式這個概念,大家初中就學過吧。
組的元素可以是一個多項式,這裡看作多項式函數嘛,取不同的自變量,有不同的函數值,每一個函數也可以作為元素來定義向量空間。
061.6向量空間的性質
(1)向量空間有唯一的加法單位元
這種叫「同一法」,很多人會覺得數學一開始各種概念的證明很難,其實這些是有套路的,「同一法」在證明唯一性問題的時候就很常見。就是先假設有兩個加法單位元,然後利用加法單位元的性質去做加法運算,從而證明它們實際上是一樣的。
(2)向量空間每個元素有唯一的加法逆
也是「同一法」。
(3)
你們看,這裡用了之前的加法逆的性質,這也是一種思想,就是我們去證明一個高階的問題的時候可以從低階開始探索。
(4)
(5)
我們注意到,(4)和(5)的證明關乎標量乘法和向量加法,所以一定要用到結合這兩者的分配律。
今天先告一段落,祝大家元宵節快樂!