• MIT Linear Algebra#0 Introduction to Vectors


    前言

    线性代数应该是大部分工科和商科同学的必修课,然而很不幸的是:国内的线代教学简直一团糟。如同国内大学的其他课一样,一上来就是一堆不知所云的概念、定义和性质,然后是没有什么道理的计算技巧训练,期末考完试一切结束。如果你有时间看看MIT的18.06,相信绝对会刷新你对这个学科的认知,Gilbert Strang完美遵循了现实生活中遇到了什么问题、为什么会有这些问题、该如何解决、更好的方法这一教学链条。循循善诱、环环相扣,你会觉得上课、学习数学是一种享受。

    方式

    这门课我强烈建议去看Gil老爷子的视频,2020年的Lecture真心觉得不太良心,看完视频可以做做20版的作业加深理解。
    我会在Blog中专门记录这门课的笔记和理解,并且覆盖一些有趣的作业题。废话不多说,开始吧~


    笔记

    课程的引入是通过初中的二元一次方程组:

    [egin{cases} 2x-y=0& ext{}\ -x+2y=3& ext{} end{cases}]

    从几何上来看:就是二维平面上两条直线相交于((1,2))
    从Row Picture来看:可以很直观地写作:

    [egin{bmatrix} 2 & -1 \ -1 & 2 end{bmatrix}egin{bmatrix} x \ y end{bmatrix}=egin{bmatrix} 0 \ 3 end{bmatrix} ]

    这种思考方式也是国内灌输的,第一行乘以第一列得到0,第二行乘以第一列得到3,但其实更重要的是从向量(列)的线性组合角度去考虑:

    [xegin{bmatrix} 2 \ -1 end{bmatrix}+yegin{bmatrix} -1 \ 2 end{bmatrix}=egin{bmatrix} 0 \ 3 end{bmatrix} ]

    这样从几何上解释就是:有两个向量(egin{bmatrix} 2 \ -1 end{bmatrix})(egin{bmatrix} -1 \ 2 end{bmatrix}),要找到某个组合((x,y))可以得到向量(egin{bmatrix} 0 \ 3 end{bmatrix})
    类似地,三元一次方程组也可以从列向量线性组合的角度考虑,几何上扩展到三维空间。
    由此推广到更加一般的情形:(Ax=b),自然而然地,我们想知道:是否对于任意的(b),此方程都有解?或者换句话:对于三元一次方程组,列向量的线性组合是否能充满整个三维空间?
    如果三个向量共面,那么最多只能生成一个平面,也就是不能保证可以生成任意的(b)(有解)。后面会知道,有解的条件就是(A)可逆
    这节课最重要的一点就是要用Column Picture去思考(Ax=b),为了加深理解,再举例:

    [egin{bmatrix} 2 & 5 \ 1 & 3 end{bmatrix}egin{bmatrix} 1 \ 2 end{bmatrix}=1*egin{bmatrix} 2 \ 1 end{bmatrix}+2*egin{bmatrix} 5 \ 3 end{bmatrix}=egin{bmatrix} 12 \ 7 end{bmatrix} ]

    作业

    1. Draw two non-colinear vectors v and w, and the region that consists of all combinations cv+dw where 0 ≤ c ≤ 1 and 0 ≤ d ≤ 1. Now consider the linear transformation of the unit square (all points (c,d) with 0 ≤ c ≤ 1 and 0 ≤ d ≤ 1) by the 2x2 matrix with first column v and second column w. Are these two regions the same?
      答:两个区域相同。
      ((c,d))做线性变换,也即

    [egin{bmatrix} v&w \ end{bmatrix}egin{bmatrix} c \ d end{bmatrix}=cv+dw(矩阵乘以列向量,即矩阵各列的线性组合) ]

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