线性代数(二) 矩阵与线性变换

  线性变换: 变换其实就是函数的另一种说法, 他同样是通过一个输入, 得到一个输出. 而在线性代数里, 我们之所以使用 “变换” 而不是 “函数”, 是为了暗示我们要用 “运动” 来思考这个问题.

  线性变换的两个性质

  1. 原点位置不变.
  2. 原来所有的直线在变换之后都还是直线.

  对于性质2, 我们可以这样理解: 把xy坐标平面按照单位长度的间距画成一张网格的形式, 在经过一个线性变换之后, 网格线之间应该仍然是平行且等距的(在相同方向上).
  考虑空间的基向量 i1(1,0)i1→(1,0), j1(0,1)j1→(0,1) 以及他们的一个线性组合 v1=3i1+2j1v1→=3i1→+2j1→. 现在对这个空间进行一个这样的变换: x方向拉伸2倍, y方向被拉伸22倍并顺时针旋转45°
  由于线性变换的两个性质, 我们发现一个现象: 变换之后的向量 v2v2→, i2i2→, j2j2→ 仍然满足 v2=3i2+2j2v2→=3i2→+2j2→
  把这个推论用术语来表达就是: v1v1→i1i1→j1j1→ 的线性组合, 经过一个线性变换之后, v2v2→ 仍然是 i2i2→j2j2→ 的相同的线性组合.

  看变换前后的基向量 i2i2→(2,0)(2,0), j2j2→(1,1)(1,1), 我们把它写成矩阵的形式:

v2=3i2+2j2=3[20]+2[11]=[32+2130+21]=[82](1)(2)(3)(4)(1)v2→=3i2→+2j2→(2)=3[20]+2[11](3)=[3∗2+2∗13∗0+2∗1](4)=[82]

  最后我们得到了一个向量 (8,2)(8,2), 他表示了变换后的向量 v2v2→ 用变换前的基 i1i1→, j1j1→ 的线性组合. 可以看出这是一个空间的转变.
  我们把 i2i2→j2j2→ 写进一个矩阵里, 这个矩阵就是这个变换的变换矩阵.

[2011][2101]

  如果变换后 i2i2→j2j2→ 是线性相关的(比如共线了), 那么这个变换就使得空间发生了压缩 降维打击. 也就是说线性变换可能把线性无关的向量组变成线性相关的向量组。

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