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MIT公开课18.06 Gilbert Strang 线性代数 笔记1 - Ax=b和四个子空间

文章目录

  • 相关链接
    • 课程链接
    • 参考笔记链接
    • 问题
  • 第一讲:方程组的集合解释
    • 1. 从方程组到矩阵
    • 2. A x = b Ax = b Ax=b解法1:row picture 行图像
    • 3. A x = b Ax = b Ax=b解法2:column pircture 列图像
      • 数形结合:
        • 数:
        • 形:
    • 4.问题:任意b,都能解决吗? A x = b Ax=b Ax=b?从列向量线性组合的角度来看,在列三维情况下,向量线性组合能否覆盖整个三维向量空间?
    • 5. 矩阵乘法
      • 5.1 向量内积
      • 5.2 线性组合列向量
  • 二是矩阵消元
    • 1.高斯消元法
      • 1.1消元步骤
      • 1.2 消元失效
    • 2.从新的角度看矩阵乘法
      • 旧角度
      • 新角度
        • 从列向量的角度
        • 从行向量角度
    • 3.从矩阵运算的角度描述高斯消元
    • 4. 置换矩阵
    • 5.矩阵的逆
  • 第三,乘法和逆矩阵
    • 1.矩阵乘法
      • 1.1 一般性法则
      • 1.2 整列相乘
      • 1.3 整行相乘
      • 1.4 列乘以行
      • 1.5 分块乘法
    • 2.逆(方阵)
      • 2.1证明不可逆
      • 2.2.如果矩阵逆转,求逆法(高斯·若尔丹Gauss-Jordan法)
  • 第4讲: A A A的 L U LU LU分解
    • 逆和转位矩阵
    • L U LU LU分解
    • 将一个 n n n 阶方阵 A A A 变换为 U U U 需要的计算量估计:
    • 置换矩阵(Permutation Matrix):
  • 第5讲:转置-置换-向量空间 R R R
    • 置换矩阵(Permutation Matrix)
    • 转置矩阵(Transpose Matrix)
    • 对称矩阵(Symmetric Matrix)
    • 向量空间(Vector Space)
      • 向量子空间
    • 列空间
  • 第6讲:列空间和零空间
    • 列空间
    • 零空间
  • 第7讲:求解 A x = 0 Ax=0 Ax=0 主变量 特解
    • 行阶梯矩阵
    • 简化行阶梯矩阵
  • 第8讲:求解 A x = b Ax=b Ax=b可解性和解的结构
    • b b b是什么时, A x = b Ax=b Ax=b有解?
    • 求解 A x = b Ax=b Ax=b算法
    • 对秩为 r r r的 m × n m×n m×n矩阵 A A A的解讨论
  • 第9讲:线性相关性、基、维数
    • 线性相关性
    • 维数
  • 第10讲:四个基本子空间
    • 列空间( C ( A ) C(A) C(A))
    • 零空间( N ( A ) N(A) N(A))
    • 行空间( C ( A T ) C(A^T) C(AT))
    • 左零空间( N ( A T ) N(A^T) N(AT))
    • 例子
    • 矩阵空间
  • 第11讲:矩阵空间、秩1矩阵和小世界图
    • 矩阵空间
      • 一些子空间
        • 对称矩阵S (symmetric)
        • 上三角矩阵U (upper triangular)
        • 矩阵空间的交与和
        • 微分方程例子
    • 秩1矩阵
      • 秩1矩阵的分解
      • 问题1:所有的秩4的 5 × 17 5×17 5×17矩阵能构成一个子空间吗
      • 问题2:取 R 4 \mathbb{R}^4 R4中满足 v 1 + v 2 + v 3 + v 4 = 0 v_1+v_2+v_3+v_4=0 v1​+v2​+v3​+v4​=0的所有向量。能组成一个向量子空间吗?
        • 证明:
        • 求子空间 S S S
    • 小世界图
  • 第12讲:图和网络
    • 图的意义
    • 关联矩阵表示
    • 线性代数相关概念所表达的实际意义
      • 零空间与电势差
      • 左零空间与基尔霍夫电流定律
        • 左零空间的基和回路
      • 行空间与回路
      • 左零空间的维数公式与欧拉公式
    • 总结
  • 第13讲:复习一

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B站

网易公开课

mit open course ware

线性代数的本质(简易版课程):貌似有404的bug,b站搜索线性代数的本质即可在这里插入图片描述

作业

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CSDN 某博主笔记

问题

Win10视频单声道解决方案: 1.右键声音图标 2.打开声音设置 3.轻松访问音频设置 4.“打开单声道音频” 设为开 5.听完课后,可再设为关

第1讲:方程组的集合解释

1. 从方程组到矩阵

矩阵的诞生是为了用一种简洁的方式表达线性方程组 个人理解来说就是为了更好的描述和解决 Ax = b 从系统的角度来理解: A:系统 x:输入 b:输出

2. A x = b Ax = b Ax=b解法1:row picture 行图像

矩阵分为行row和列column row picture 关注矩阵行部分

将行所代表的方程以直线形式画出,求出交点即可得到行图像,从而得到方程的解

三维时的解法:求出三个平面的交点

3. A x = b Ax = b Ax=b解法2:column pircture 列图像

column picture关注列的部分,我们视一列为一个向量vector

求出合适的线性组合(linear combination),使得 Ax = b

数形结合:

数:

1 [ 2 − 1 ] + 2 [ − 1 2 ] = [ 0 3 ] ( 1 ) 1 \begin{bmatrix} 2 \\-1 \end{bmatrix} + 2\begin{bmatrix} -1 \\2\end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\3 \end{bmatrix} \qquad \qquad \qquad (1) 1[2−1​]+2[−12​]=[03​](1)

A:等式左边的两个常数列向量拼接成的常矩阵 x:两个变量x,y组成的向量 (注意x的含义区分:前者为向量,后者为组成该向量的一个变量) b:目标向量 x = 1,y = 2时,Ax = b

形:

1倍的列向量1 和 2倍的列向量2 进行矢量和,可得目标向量

三维时的解法:求出三个三维向量的线性组合,得到目标向量 (维度三维及以上时,列图像解法更具优势)

4.问题:于任意的b,是否都能求解 A x = b Ax=b Ax=b?用列向量线性组合的观点阐述就是,列三维情况下,向量的线性组合能否覆盖整个三维向量空间?

答:如果三个向量在同一个平面上,问题就出现了——他们的线性组合也一定都在这个平面上。举个例子,如果col3=col1 + col2 ,那么不管怎么组合,这三个向量的结果都逃不出这个平面,因此当b在平面内,方程组有解,而当b不在平面内,这三个列向量就无法构造出b。在后面的课程中,我们会了解到这种情形称为

下面我们推广到九维空间,每个方程有九个未知数,共九个方程,此时已经无法从坐标图像中描述问题了,但是我们依然可以从求九维列向量线性组合的角度解决问题,仍然是上面的问题,是否总能得到bb?当然这仍取决于这九个向量,如果我们取一些并不相互独立的向量,则答案是否定的,比如取了九列但其实只相当于八列,有一列毫无贡献(这一列是前面列的某种线性组合),则会有一部分bb无法求得。

5. 矩阵乘法方法

5.1 向量内积

A = [ a 1 , 1 a 1 , 2 a 1 , 3 a 2 , 1 a 2 , 2 a 2 , 3 ] B = [ b 1 , 1 b 1 , 2 b 2 , 1 b 2 , 2 b 3 , 1 b 3 , 2 ] C = A B = [ a 1 , 1 b 1 , 1 + a 1 , 2 b 2 , 1 + a 1 , 3 b 3 , 1 , a 1 , 1 b 1 , 2 + a 1 , 2 b 2 , 2 + a 1 , 3 b 3 , 2 a 2 , 1 b 1 , 1 + a 2 , 2 b 2 , 1 + a 2 , 3 b 3 , 1 , a 2 , 1 b 1 , 2 + a 2 , 2 b 2 , 2 + a 2 , 3 b 3 , 2 ] \begin{array}{l} A=\left[\begin{array}{lll} a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} \end{array}\right] \\ B=\left[\begin{array}{ll} b_{1,1} & b_{1,2} \\ b_{2,1} & b_{2,2} \\ b_{3,1} & b_{3,2} \end{array}\right] \\ C=A B=\left[\begin{array}{ll} a_{1,1} b_{1,1}+a_{1,2} b_{2,1}+a_{1,3} b_{3,1}, & a_{1,1} b_{1,2}+a_{1,2} b_{2,2}+a_{1,3} b_{3,2} \\ a_{2,1} b_{1,1}+a_{2,2} b_{2,1}+a_{2,3} b_{3,1}, & a_{2,1} b_{1,2}+a_{2,2} b_{2,2}+a_{2,3} b_{3,2} \end{array}\right] \end{array} A=[a1,1​a2,1​​a1,2​a2,2​​a1,3​a2,3​​]B=⎣⎡​b1,1​b2,1​b3,1​​b1,2​b2,2​b3,2​​⎦⎤​C=AB=[a1,1​b1,1​+a1,2​b2,1​+a1,3​b3,1​,a2,1​b1,1​+a2,2​b2,1​+a2,3​b3,1​,​a1,1​b1,2​+a1,2​b2,2​+a1,3​b3,2​a2,1​b1,2​+a2,2​b2,2​+a 标签: 电阻3hab2916

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