把矩阵看作是运动,对于运动而言,最重要的当然就是运动的速度和方向
- 特征值就是运动的速度
- 特征向量就是运动的方向
说明下,因为线性变换总是在各种基之间变来变去,所以我下面画图都会把作图所用的基和原点给画出来。
在i⃗,j⃗\vec i,\vec ji,j下面有个向量v⃗\vec vv :
随便左乘一个矩阵AAA,图像看上去没有什么特殊的:
我调整下 v⃗\vec vv 的方向,图像看上去有点特殊了:
可以观察到,调整后的v⃗\vec vv和Av⃗A\vec vAv在同一根直线上,只是Av⃗A\vec vAv的长度相对v⃗\vec vv的长度变长了。
此时,我们就称v⃗\vec vv是AAA的特征向量,而 Av⃗A\vec vAv 的长度是v⃗\vec vv的长度的 λ\lambdaλ 倍,λ\lambdaλ 就是特征值。
从而,特征值与特征向量的定义式就是这样的:
其实之前的 AAA 不止一个特征向量,还有一个特征向量:
容易从 Av⃗A\vec vAv 相对于 v⃗\vec vv 是变长了还是缩短看出,这两个特征向量对应的特征 λ\lambdaλ 值,一个大于1,一个小于1。
从特征向量和特征值的定义式还可以看出,特征向量所在直线上的向量都是特征向量:
一般来说,矩阵我们可以看作某种运动,而二维向量可以看作平面上的一个点(或者说一个箭头)。对于点我们是可以观察的,但是运动我们是不能直接观察的。
就好像,跑步这个动作,我们不附加到具体的某个事物上是观察不到的,我们只能观察到:人跑步、猪跑步、老虎跑步、…,然后从中总结出跑步的特点。
所以,要观察矩阵所代表的运动,需要把它附加到向量上才观察的出来:
似乎还看不出什么。但是如果我反复运用矩阵乘法的话:
就像之前颜料混合一样,反复运用矩阵乘法,矩阵所代表的运动的最明显的特征,即速度最大的方向,就由最大特征值对应的特征向量展现了出来。
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