11 抽象向量空间

向量到底是什么呢?把他理解为空间中的箭头?实数对?还是某种更深层的意义?

熟悉基变换的人 感觉 坐标描述太随意,因为依赖于基向量,基向量不同,位置就不同。

行列式给出一个变换对一个面积的影响;而特征向量是在变换过程中还在以前该向量的张成空间(一个向量的张成空间是一条线)。

刚开始无论在什么坐标系下,变换后,行列式的值和特征向量都不会改变。所以这俩量不依赖于特定的坐标系。

向量本质并不是只有一组实数组成(就是只用一组实数描述不了向量),只用实数描述缺乏空间性(还得靠基向量),那空间到底是什么呢?


什么是空间呢?

1.类似向量的东西---函数

还有其他类似向量的东西,比如函数。。

函数相加图示

函数相加 等价于 有无数个坐标要加,相当于多对向量相加

函数相乘 等价于 无数个坐标数乘,等价于多对向量数乘

向量操作只有相加和数乘两种。

函数现在也有那俩特性,所以一些用向量解决问题的手段可以迁移到函数中来。

比如函数的导数变换

这是一个导数,我们会感到疑惑,导数为啥是线性的?就是哪些变换是线性的?

2.回顾

向量满足以下性质称为线性:

这两条性质有个最重要的推论,那就是矩阵向量乘法

线性变换就是求在新的基向量下的位置

3.转回讨论函数

导数具有可加性和成比例性,所以是线性的

可加性

成比例性

现在我们给矩阵求导,有以下多项式,每个包含不同幂次

引入基函数

多项式转成矩阵形式

更通用的表示形式

d/dx的定义如下,为啥是1,2,3是推出来的

然后来个具体的多项式就是这样求导的

向量的矩阵向量乘法 就是 函数的求导,一个东西,名字不同

其他别名

综上,函数也是一种向量。


4.开拓思维一下向量到底是什么

有很多类似向量的东西

不管是箭头,还是实数对,还是函数,只要满足可加和成比例,向量的概念都能拓展到类似向量的东西

比如下面这些概念

5.数学家的抽象思维

假设你现在是一个数学家,你提出一些概念,想对类似向量的东西都有普适性。

类似向量的所有事物被称为向量空间,比如箭头,数组或函数。

为了不让其他人提出一些乱七八糟的向量空间,你给出一些规范,这些规范就是公理

你的公理让那些想给你看他们向量空间的人 在给你看之前先自己验证一下满不满足规范,不至于瞎提。公理验证通过后,他们还能用你的一些结论。

他们的验证避免了你为他们验证对不对。

为了方便别人验证,你把要求抽象表述出来(通过公理的定义),对向量空间具有普适性。而不是特定于箭头或函数

所以教科书用公式表述线性变换(抽象性)

图像也能描述,但太专了(针对箭头),人们难以判断他们的向量空间满不满足

6. 数学的抽象性

向量的形式不重要,重要的是那些规则(就是公理)

就像3代表任意三个东西,哪三个东西不重要,3这个任意三个东西的抽象概念才重要。

但是思考还是具象最好。

为了便于迁移概念,抽象最好。

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