【线代】学习笔记:3Blue1Brown-线性代数的本质-3

基向量的转换
詹妮弗的基(列)向量所构成的矩阵
乘以她眼中的向量坐标得到我们眼中的向量坐标
这似乎是个拗口反向的过程因为矩阵实­现的是从我的的网格到詹妮弗网格
但变换语言上又是由詹妮弗的语言描­述转变为我们的描述。
但换个角度去想即可恍然大悟
这个过程可看作我们对詹­妮弗向量的误解,即在我们坐标系中拥有相同
坐标的向量变换为她真正想表达的向量

大部分向量在某个变换中都会离开它原来张成的空间,不过,某些特殊向量留在了它们张成的空间里,意味着矩阵对他的作用仅仅是拉伸或者压缩而已。在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
那么这样的向量就被称为特征向量,拉伸的值为其对应的特征矩阵
本性满足Av=λv,恒等变换后变为(A-λI)v=0。所以应寻找一个向量v,使得新矩阵具有非零解。
回顾:由于当且仅当矩阵所代表的变换将空间压缩到更低的维度时,才会存在一个非零向量,使得矩阵和它的乘积为零向量。而空间压缩对应的就是矩阵的行列式为零
所以det(A-λI)=0,也就意味着,我们的目标在于找到一个λ使得这个行列式为零,然后再找特征向量v。找到的v在A对应的变换中停留在它原来张成的线性空间中,并且拉伸的标量值为它所对应的λ值。

接下来是关于特征基的内容
如果基向量恰好是特征向量,把詹妮弗眼中的基向量作为矩阵的列。
对于对角矩阵的解读可以是:所有的基向量都是特征向量,对角元是他们所属的特征值。但这种矩阵毕竟是特例。
但如果是一个n个线性无关特征向量的n阶矩阵(即你能选出足够特征向量张成全空间的集合)
那么你就能变换坐标系,使特征向量就是基向量(这里作用的基变换的方法)
取出你想用作新基的向量的坐标(在这里指的是两个特征向量),然后讲坐标作为一个矩阵的列,这个列就是基变换矩阵。在右侧写下基变换矩阵,左侧写下基变换矩阵的逆,当你将原始的变换夹在两个矩阵中间时,所得的矩阵代表的是同一个变换,不过是从新基向量所构成的坐标系的角度来看的。
在这里插入图片描述
用特征向量完成这件事的意义在于
这个新矩阵必然是对角的,并且对角元为对应的特征值。
这是因为,它所处的坐标系的基向量在变换中只进行了缩放:
在这里插入图片描述
所以一组基向量(同时也是特征向量)构成的集合被称为特征基。

应用:如果要计算某个非特殊矩阵的100次幂,可以先变换得到特征基,在那个坐标系中计算100次幂,然后转换为标准坐标系
(即对角化)
但并不是所有的矩阵都可以相似对角化。

完结撒花

发布了43 篇原创文章 · 获赞 4 · 访问量 1226

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/weixin_42176221/article/details/99684710