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【官方双语/合集】线性代数的本质 - 系列合集

2023-08-18 19:46 作者:Echoeww  | 我要投稿


00 - 序言 P1 - 01:15

为什么我们要理解几何意义

00 - 序言 P1 - 01:31



00 - 序言 P1 - 04:14

看完这个系列的视频的目标。-形成正确的几何直观


1 向量


01 - 向量究竟是什么? P2 - 01:41

三种角度看向量


01 - 向量究竟是什么? P2 - 02:29

数学角度思考

向量加法与数乘


01 - 向量究竟是什么? P2 - 05:32

加法-把向量看成往某个方向迈出一段距离


01 - 向量究竟是什么? P2 - 07:13

乘法-向量的伸缩


01 - 向量究竟是什么? P2 - 08:23

数学家为何如此定义?


01 - 向量究竟是什么? P2 - 08:47

向量的意义在于在数值形式与箭头形式的转化之中。


2

向量:-基-张成空间-线性相关


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 00:43

第三种看待向量的角度-两个标量“缩放向量并相加”压缩拉伸,可以构成二维内任何的向量。


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 02:01

不同的基向量可以构成不同的坐标系-线性变换-(涉及到特征值,矩阵p等第四章第五章概念)

基的线性组合

(理解了,一堆向量的线性无关组合构成了n维坐标系的基)


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 03:24

如何理解线性—如果二维坐标系里一个固定,另一个能够画出直线(好牛逼的思想)


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 03:50

(只有线性无关才能张成新的空间,也就是秩)


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 04:31

张成空间的另一个角度解读:仅通过加法与数乘两种基础运算,能够获得的所有可能向量的集合

or,张成空间就是向量所有可能的线性组合


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 05:02

想象一个向量时,用箭头,多个时,用点想象向量


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 07:41

举一反三,三维中讨论。


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 08:00

几何想象


02 - 线性组合、张成的空间与基 P3 - 08:49

线性相关的理解


e3 矩阵与线性变换

让线性代数的其他内容一目了然


03 - 矩阵与线性变换 P4 - 01:12

“变换”而不是函数,暗示强调是一种运动


03 - 矩阵与线性变换 P4 - 02:50

线性的含义(pa=b,好熟悉)

一种直观化:网格线平行且等距

只要记住两个基的变换,就能够推断出其他向量变化后的位置,而不必观察变换本身。


03 - 矩阵与线性变换 P4 - 05:59

矩阵的意义:一个二维变换的规律可以由一个矩阵来表示(所以说前面是竖着的,后面横着的,因为竖着是坐标!)(但是计算的时候自己有自己规律)


03 - 矩阵与线性变换 P4 - 07:57

矩阵的列看作基向量,向量乘法看作是线性组合


03 - 矩阵与线性变换 P4 - 10:10

总结:矩阵向量乘法就是计算线性变换作用于给定向量的一种途径。

一个矩阵就是一种特定的空间线性变换。


4


04 - 矩阵乘法与线性变换复合 P5 - 02:30

复合变换:所以矩阵乘法就是两个相继的变换,是作用的合成。懂了。


04 - 矩阵乘法与线性变换复合 P5 - 04:27

与复合函数类似。


04 - 矩阵乘法与线性变换复合 P5 - 05:17

纯计算


04 - 矩阵乘法与线性变换复合 P5 - 06:47

简单的推导过程,但是给我建立了更好的概念型框架。


04 - 矩阵乘法与线性变换复合 P5 - 08:38

通过概念去自然而然的理解矩阵的结合律成立,交换律不成立的原因。良好的解释大于象征性证明。


e5 推广到三维


e6 行列式(期待)

几何意义:是区域在经过线性变换之后相对于单位面积,拉伸挤压的比例,即面积大小。


05 - 行列式 P7 - 03:17

行列式为0的几何意义:矩阵是线性相关的,张成的空间被压缩降维。(线性相关与行列式的关系明白了)

行列式为负数:矩阵使得坐标系被翻转了。


05 - 行列式 P7 - 07:46

计算推导


e7逆矩阵,列空间,零空间,秩

线性方程组是矩阵的一个应用


06 - 逆矩阵、列空间与零空间 P8 - 02:59

找到这个x使得在经过变换a之后与v重合-用几何的直观想象过程来解释求解这一堆负责的方程组。

关键在于这个变换矩阵A,会压缩吗

如果行列式不为0,存在唯一解;就会有逆-逆矩阵的意义在于实现一个什么也不做的变换。(后续可以把一些向量先带到其他坐标系计算再带回来)于是就可以用逆矩阵解得x。

如果为0,空间被压缩为0体积,不存在逆变换了,“不能把一条线解压缩为一个平面”。于是只有0解?解仍然可能存在,比如压缩成的线条空间刚好与v重合。

列空间:


06 - 逆矩阵、列空间与零空间 P8 - 08:14

秩;零向量必须在列空间中


06 - 逆矩阵、列空间与零空间 P8 - 08:57


列空间:矩阵的列张成的空间。eg:后面的基向量是三维,列空间线性相关,三维却只能张成二维空间,那么秩为2。

满秩的概念

0空间:列空间包含0空间??满秩变换后,唯一能落在原点的就是0向量自己;


06 - 逆矩阵、列空间与零空间 P8 - 09:57

非满秩的时候,有一堆向量会在变换后成为0向量。这些向量的集合就是0空间,也就是齐次方程Ax=0的解集。


09 基变换


09 - 基变换 P13 - 05:20

j矩阵向量乘法的第二种解释:转变坐标系。

左边是新系的基向量在本系的表达(可以看作一个线性变换),后面是新系的变化。通过乘法,得到本系的所求向量的表达方式,也就是消除误解,变换为新系真正提到的向量。


09 - 基变换 P13 - 06:55

形象理解:把它看作我们对于她的向量的误解,也就是她实际上想说的东西在我们眼里到底是什么。

09 - 基变换 P13 - 08:44



09 - 基变换 P13 - 10:25

如何转化一个矩阵?或者说如何通过最方正好算的坐标系,来得到那些歪七杂八的坐标系里旋转后的向量?

p-1*a*p=b,效果:一种数学上的转移作用。

p-换到我的系;a-转移动作;p-1-变回她的系。因为正交坐标系是运算最方便的,都得找你当中介。(我好牛逼!这是第五章内容捏)

a:我们的语言描述的变换;b:他们的语言描述的变换(说不定会更方便,比如相似对角化


10 特征向量与特征值


10 - 特征向量与特征值 P14 - 01:11

回顾之前的知识板块

特征向量:经过变换拉扯之后仍然在自己张成的空间内!(我回忆起来了

特征值:仍然在自己空间里的向量会被拉长或者缩短几倍。


10 - 特征向量与特征值 P14 - 04:10

这两个概念有啥用:特征向量可以成为三维物体的旋转轴(此时特征值应该为1)!考虑一个三维旋转按照某个轴旋转成一定的角度,比考虑相应的矩阵直观!


10 - 特征向量与特征值 P14 - 04:54



10 - 特征向量与特征值 P14 - 05:33

j计算特征值


10 - 特征向量与特征值 P14 - 07:21


把问题演化成求这个齐次方程的非0解,并且这个矩阵还得是降维的,不满秩的


10 - 特征向量与特征值 P14 - 13:49

如果基向量是特征向量-对角化??!!

如果我们的特征向量多到能够张成全空间,那么我们就能够改变坐标系,让这些特征向量成为基向量。


10 - 特征向量与特征值 P14 - 16:11

能够简化的运算:如果要计算一个转移情况的100次幂,就先换到特征基上,然后计算100次对角矩阵,再转化回来。(前提是特征向量能够张成全空间!

11 抽象向量空间


11 - 抽象向量空间 P15 - 01:42



11 - 抽象向量空间 P15 - 04:45

线性的严格性质:可加性,成比例。


11 - 抽象向量空间 P15 - 05:50

线性的意义


11 - 抽象向量空间 P15 - 09:08

基函数(让我想到了控制的空间


11 - 抽象向量空间 P15 - 11:23

线性变换与函数求导的联系。

那些公理,就像是发送文件时的协议,只有遵守了这些协议才能够沟通,运用相同的规则。


11 - 抽象向量空间 P15 - 14:49

为什么定义要如此抽象,以及我们完全可以用一些直观的东西帮助我们去初步理解。——普适的代价是抽象。


11 - 抽象向量空间 P15 - 15:49

学习的过程真的只能来源于解决问题。















































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