麻省理工大学线性代数导论笔记 - Lecture 5 转置-置换-向量空间R

学习视频来源:麻省理工公开课_线性代数导论 讲师:Gilbert Strang

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Lecture 5 置换-转置-向量空间

Permutation and Transpose 置换和转置

接着上节课的内容,我们来更详细地了解下置换和转置。

  • Permutation 置换

    置换矩阵记作 P ,是行重新排列了的单位矩阵,用来完成行互换。当求解 A = L U 存在主元为 0 的情况时,方程式变为 P A = L U 。对任意可逆矩阵 A ,都有这种形式。

    所有 n × n 置换矩阵的个数为 n ! (n factorial n的阶乘),且所有的置换矩阵可逆 P 1 = P T

  • Transpose 转置

    已知一个 3 × 2 的矩阵 A = ( 1 3 2 3 4 1 ) ,则 A T = ( 1 2 4 3 3 1 ) 。用符号表示为 A i , j T = A j , i

    A i , j T = A i , j ,则 A 为symmetric matrix 对称矩阵(方阵)。

    那么怎样通过rectangular matrix 长方阵 R 得到对称矩阵呢?我们只需要将 R 和其转置 R T 相乘。先看上面的特例:
    A A T = ( 1 3 2 3 4 1 ) ( 1 2 4 3 3 1 ) = ( 10 11 7 11 13 11 7 11 17 )

    再用符号进行推算: ( R T R ) T = R T R

Vector Space 向量空间 The beginning of real Linear Algebra

满足一定规则的空间才可以被称为向量空间,必须能进行 add 加法和 multiply 数乘运算,必须能进行线性组合。

  • 二维real vectors 实向量的向量空间 R 2

    R 2 里可能有 ( 3 2 ) ( 0 0 ) (零向量是所有向量里最重要的), ( π e ) 。我们可以将它们相加,点乘,其计算结果仍在 R 2 里。画图,横坐标表示第一个分量,纵坐标表示第二个分量。

    我们可以把 R 2 称为一个平面,如果拿掉其中的一个向量比如零向量,就像是在平面上戳了一个洞,这会非常糟糕。对于向量空间,必须满足存在于此空间的向量乘以任何数后都在向量空间。乘以 0 也是如此,因此所有的向量空间都必须包含零向量。

  • 怎样找出 R 2 的子空间?

    对于 R 2 内一条穿过原点(数乘允许乘以 0)的直线上的任意向量,乘以任意数的结果均在这条直线上,即对数乘封闭。而直线上的任意向量,加上直线上的任意向量,结果仍在直线上,即对加法封闭。所以 R 2 内的一条直线是 R 2 的一个子空间。

    列出 R 2 的所有子空间:① R 2 本身(最大的子空间);②穿过原点,两边无限延伸的直线;③零向量 0 = ( 0 0 ) (最小的子空间)。

  • 已知矩阵 A = ( 1 3 2 3 4 1 ) ,如何构造子空间?

    通过列向量构造子空间。

    A 中的各列均为 R 3 中的向量,这两列所有的线性组合(包括数乘和加法)构成一个子空间,即column space 列空间,记 C ( A )

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