一、线性变换与矩阵的基础操作

线性变换

线性组合

线性无关与线性相关

线性无关或相关的定义
  • For kk vectors v1v1, v2v2, ..., vkk, if c1v1c1v1 + c2v2c2v2 + ...+ ckvkck vk = 0 only happens when c1 = c2 = ... = ckck = 0, the vectors v1v1, v2v2, ..., vkvk are linearly independent.
  • Otherwise, they are linearly dependent and one of them is a linear combination of the others.

矩阵

矩阵的概念和形式

为了简化记录某一线性变换操作的信息 矩阵 = 线性变换

线性无关与可逆矩阵

一旦接受了"矩阵 = 线性变换"的理念,我们马上就想知道:这种操作是否可以逆转?

线性相关与奇异矩阵

常见矩阵

单位矩阵

基础变换矩阵

特殊矩阵


矩阵的基础操作

逆矩阵

转置矩阵


理解矩阵乘法的四种视角

在一次线性变换的基础上,再进行一次线性变换

行与列的内积

列线性组合列

行线性组合行

列*行的矩阵叠合


高斯消元法

如果直接解

[a11a12a13a21a22a23a31a32a33][x1x2x3]=[b1b2b3]\begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13}\\ a_{21} & a_{22} & a_{23}\\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1\\ x_2\\ x_3 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} b_1\\ b_2\\ b_3 \end{bmatrix}

A=LU分解

依据高斯消元法,可以将一个矩阵 AA 分解为一个下三角矩阵 LL 与一个上三角矩阵 UU 相乘:

A=LUA = LU

A=LUA = LU 也可进一步分解为 A=LDUA = LDU。其中 LL 为形如

[a00bc0def]\begin{bmatrix} a & 0 & 0\\ b & c & 0\\ d & e & f \end{bmatrix}

的矩阵,UU 为形如

[abc0de00f]\begin{bmatrix} a & b & c\\ 0 & d & e\\ 0 & 0 & f \end{bmatrix}

的矩阵。

此时求解

Ax=bAx = b

即求解

LUx=bLUx = b

左右同乘 L−1L^{-1}:

Ux=L−1b=cUx = L^{-1}b = c

此时可由下而上解出 xx。

Gauss-Jordan Method

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