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
- 原点位置不变.
- 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→+2j1→v1→=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2–√2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 v2→v2→, i2→i2→, j2→j2→ 仍然满足 v2→=3i2→+2j2→v2→=3i2→+2j2→
把这个推论用术语来表达就是: v1→v1→ 是 i1→i1→ 和 j1→j1→ 的线性组合, 经过一个线性变换之后, v2→v2→ 仍然是 i2→i2→ 和 j2→j2→ 的相同的线性组合.
看变换前后的基向量 i2→i2→ 是 (2,0)(2,0), j2→j2→ 是 (1,1)(1,1), 我们把它写成矩阵的形式:
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 v2→v2→ 用变换前的基 i1→i1→, j1→j1→ 的线性组合. 可以看出这是一个空间的转变.
我们把 i2→i2→ 和 j2→j2→ 写进一个矩阵里, 这个矩阵就是这个变换的变换矩阵.
如果变换后 i2→i2→ 和 j2→j2→ 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。