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第七章 线性空间与线性变换

本章进一步抽象线性代数的共同结构,学习线性空间、基与坐标、欧氏空间,以及线性变换、核与像的基本语言。

开始本章挑战

完成本章挑战后,会在这里保留最近一次结果。

本章从一个问题开始

前面所有矩阵、向量和几何关系,共享的抽象骨架是什么?

从子空间、基与坐标建立描述空间的语言,再用内积和线性变换理解长度、核、像与矩阵表示。

  1. 01

    线性空间:什么结构可以运算

  2. 02

    基与坐标:如何唯一描述

  3. 03

    线性变换:输入如何流向输出

从“线性空间与子空间”开始

讲座提炼

把“听过”变成可复习的线索

线性变换的结构视角:输入、被压扁的方向与可到达结果

把线性变换看成保持加法和数乘的规则:核说明哪些输入被送到零,像说明输出能覆盖到哪里。

  • 验证线性性时,加法保持和数乘保持缺一不可。
  • 核是所有被映为零的输入构成的集合,不只是零向量。
  • 选定基后,矩阵只是线性变换的一种坐标表达,换基时表示会改变。
微型例题:若 T(x,y)=(x,0),哪些向量属于 Ker(T)?
切入点:令输出为零,得到 x=0;所有 (0,y) 都被压到零。

知识点

先选一个小点开始

7.1 线性空间的概念

7.1 线性空间的概念

线性空间与子空间

线性空间抽取了向量加法和数乘的共同规则,让多项式、矩阵等对象也能像向量一样研究。

草稿
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7.2 线性空间的基、维数与坐标

7.2 线性空间的基、维数与坐标

基、维数与坐标

一组基既不冗余又能表示空间中所有向量,坐标就是向量在这组基下的唯一系数。

草稿
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7.3 欧氏空间

7.3 欧氏空间

欧氏空间的内积与正交

欧氏空间在线性空间上加入内积,使长度、夹角、投影与正交都有统一定义。

草稿
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7.4 线性变换

7.4 线性变换

线性变换、核与像

线性变换保持向量加法和数乘结构,核描述被压到零的方向,像描述能够到达的全部结果。

草稿
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7.4 线性变换

线性变换的矩阵表示

选定输入与输出的基后,线性变换对每个基向量的像按列排成一个矩阵,就能把变换计算转成矩阵乘法。

草稿
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7.4 线性变换

秩—零度定理

有限维线性变换中,输入空间的维数等于像的维数与核的维数之和。

草稿
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