第一步:解方程
学习线程代数的有关知识,从解方程谈起,学习线性数的应用之一就是求解复杂方程问题,从行图像和列图的角度解方程
第二步:方程组的几何解释基础
我们首先按行将方程为矩阵形式
系数矩阵 未知向量 向量
系数矩阵(A):将方程系统按行提取出来,按列构成一个向量
向量(b):将等号右侧结按列
按下来,我们们通过行图像求解这个方程
所谓行图像,就是在系数矩阵上,一次取一行构成方程,在坐标系上作图,和我们初等数学中学习的作图求解方程的过程无异。
画图,得出相交的点
第三步:二维的列图像
从列图像解度,我们再求解这个方程
这一次我们求解过程中,我们将方程按列提取,使用的矩阵为:
如上我们使用列向量构成系数矩阵,将问题化为向量与两只量正确组合,使用构成
接下来来我们使用列图像求解此方程
即寻找合适的x,y使用x倍(2,-1)+ y倍的(-1,2)得到最终的向量(0,3)。很明显能看出来,1部(2,-1)+2倍(-1,2)即满足条件
反映在图像上,明显结果正确
我们再想一想,仅仅对于这个方程,如果我们任意取x和y,那么我们得到的是什么呢,能得到任意方向的向量,这些向量布满整个平台,
第四步方程组的几何解释推广
高维行图像
我们将方程维度推广,从三维开始,如果我们继续我们使用做行图像求解,那么得到一个很复杂的图像。
矩阵如下:
左侧是线性组合,右侧是合适的线性组合组成的结果,这样一来思路就清晰多了,寻找 线性组合成为了解题关键
很明显这道题是一个特例,我们只需要取x=0,y=0,z=1,就得到了结果,这在行图像之中并不明显
那么我们 2 −1 1 0 −3 4 −3 就重新寻找一个线性组合就够了,但是如果我们使用的是行图像呢?那意味着我 们要完全重画三个平面图像,就简便性来讲,两种方法高下立判。
另外,还要注意的一点是对任意的 b 是不是都能求解 Ax = b 这个矩阵方程呢? 也就是对 3*3 的系数矩阵 A,其列的线性组合是不是都可以覆盖整个三维空间呢?
对于我们举的这个例子来说,一定可以,还有我们上面 2*2 的那个例子,也可以 覆盖整个平面,但是有一些矩阵就是不行的。
比如三个列向量本身就构成了一个 平面,那么这样的三个向量组合成的向量只能活动在这个平面上,肯定无法覆盖 2 −1 1 一个三维空间,