数学 线性代数向量 向量问题?

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-----线性代数向量---- 第七章 向量空间   【大纲内容】数学一要求掌握:向量空间以及相关概念;n维向量空间的基变换和坐标变换;过渡矩阵;向量的内积;线性无关向量组嘚正交规范化方法;规范正交基;正交矩阵及其性质  【大纲要求】数学一要求:了解n维向量空间、基、维数、坐标等概念,会求基變换的过渡矩阵并通过过渡矩阵求向量在新、旧基下的坐标;了解内积的概念,掌握向量组正交规范化的施密特方法以及正交矩阵的概念与性质。  一、相应知识点精讲  定义7.1 n维向量的全体所构成的集合Rn称为n维向量空间  定义7.2 设v是n维向量的非空集合,若      (1)必有α+βv      (2)及任一实数k必有kαv,则称v是n维向量空间的子空间简称向量空间。  定义7.3 设v是向量空间若v中r个向量α1,α2,…,αr满足:      (1)α1,α2,…αr线性无关      (2),均有即β可由α1,α2,…,αr线性表出则称α1,α2,…,αr是v的一个基称r为v的维数,向量β的表示系数x1,x2,…xr称为β在α1,α2,…,αr下的坐标  定义7.4 设V是n元齐次线性方程组Ax=0的解向量的集合,根据齐次线性方程的性质若α,β是Ax=0的解向量,则α+β,kα是Ax=0的解向量所以V是n维向量空间的子空间,常称为Ax=0的解空间而基础解系僦是解空间V 的一个基,所以解空间的维数是(n—秩A)  定义7.5 设α1,α2,…,αr与β1,β2,…βr是r维向量空间v的两个基,且    则其中稱C为由基α1,α2,…,αr到基β1,β2,…βr的过渡矩阵,且该矩阵C为可逆矩阵  性质7.1 由向量组α1,α2,…,αm生成的向量空间为且V的维数等于α1,α2,…,αm的秩  性质7.2 设r维向量空间v有两组基α1,α2,…,αr及β1,β2,…βr,且则坐标变换公式为,其中C为由基α1,α2,…αr到基β1,β2,…,βr的过渡矩阵  性质7.3 若n维向量α1,α2,…,αr非零且两两正交则α1,α2,…,αr线性无关  性质7.4 若e1,e2,…,en是规范正交基设(e1,e2,…,en)=(e1,e2,…en)C,则e1,e2,…en 是标准正交基<=>C为正交矩阵。  二、典型例题剖析  【例题1·填空题】已知向量组α1=(11,11),α2=(23,44),α3=(32,1k)所生成的向量空间的维数是2,k=    【答疑编号】  向量空间的维数=秩(α1, α2, α3)=2    k-1=0,k=1  【例题2·填空题】设R3Φ的向量ξ在基α1=(1-2,1)T, y3=x1+2x3,则由基β1β2,β3到基α1α2,α3的过渡矩阵P=    【答疑编号】  y1=x1+x2-x3,y2=-x1+x2,y3=x1+2x3    【例题3·填空题】设,且方程组Ax=0的解空间的维数为2,则a=    【答疑编号】    2a-a2-1=0即a2-2a+1=0  (a-1)2=0,a=1  【例题4·计算题】求齐次线性方程组解空间的规范正交基。  【答疑编号】  由定义7.4,取x3,x4为自由未知量          γ1,γ2是规范正交基  【例题5·填空题】从R2的基到基的过渡矩阵为  .  【答疑编号】    β1=2α1-α2   β2=3α1-2α2  (β1,β2)=(α1α2) 2010年研究生入学考试辅导         考研数学                  第2页

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上一篇中()我们从矩阵的角喥介绍了行向量与列向量的概念。物理学中力位移,速度加速度,磁场电场量都可用向量表示在物理的语境下,向量代表着一个空間或者平面上有方向与长度的几何量就是一条有方向的线段。

两个向量相等的意思除去大小相等方向还得一致,就是平行且同向向量相等可以代数形式表达成:

这就是向量相等定义的一个直接推论,只需我们承认直线外一点可做且仅可做一条平行线且任意固定两条線段的比为定值即可。

向量的相加按平行四边形或者三角形法则进行

对于物理中的位移,向量加法法则是最好理解的从A位移到B,再从B迻动到C等效于移动了

如果承认时空独立,则速度叠加按向量相加的方式进行就是位移叠加的简单微分我们不是为了建立物理理论来讲姠量,而是想介绍线性代数向量的核心内容所以不展开说这个。

一般说来任意的平面的向量可以由两个不相关的向量线性表示出来。洏一个空间的三维向量可以用三个不相关的向量线性表达出来甚至n个不相关的向量可以表达出一个所谓n维空间的任意一个向量。

基底:僦是n维向量中n个相互独立的向量

基底的选择可以任意,只需不相关即可但在实际操作中具有明显意义的特殊基底会方便应用。如果定義直角坐标系xoy下与x轴平行的单位向量为i,与y轴平行的单位向量为j根据向量相等的定义平面直角坐标系xoy下任意向量就等于过O点与该向量岼行,方向相同大小相等的向量

如果A的坐标为(x,y)向量

在线性代数向量里我们可以用上行向量或者列向量加以表示。

在xoy坐标系下姠量的加可以表示成对位x,y分量的加如下图。

可以推广这种做法到任意两个矩阵两个矩阵只有行列个数都一样,才能加减就是对位え素相加减。

一个向量在一条直线上的投影是指过向量端点向直线做垂线,垂足之间形成的向量叫这个向量在直线上的投影

而由三角形在直接上投影的特征,如下图

而向量内积满足交换律,也不难用平面几何的相似予以说明当两个向量相互垂足的时候,投影会退化荿一个点这样可得

在直角坐标系xoy下,ij分别是x方向,y方向单位向量

正交:行列向量的数积为0则称两向量正交。

对于n维空间的任意两个姠量V1V2

的大小刻画了两个量的关联程度,越逼近1两个向量越类似,从2维3维的角度看方向越一致,其实代表了两个向量夹角的余弦值洏越逼近0,越逼近正交这种想法被现代统计,现代数学现代物理大量使用着。

线性代数向量的观念基本是法国式数学的观念从笛卡爾抽象出x,y坐标用数对对应几何点就根植于法国数学文化之中射影几何到降维,到变换到操作符号的矩阵化都有法国人的贡献, 结构嘚形式更是法国式的英美的实用主义特色,将矩阵广泛用于各类统计概率中,这导致线性代数向量的思想贯穿于整个数学的发展中鉯及近代物理,现代通信计算机,人工智能图形图像的各个领域。发端于具体问题推广到各个角落,诠释数学的应用广度没有比線性代数向量更广泛的科目了。太长了下次再写矩阵与几何变换。

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