• 线性代数学习笔记(1)--二维向量点积本质(仅供自己理解)


    最近看了B站大神的视频,讲解线性代数一些概念的本质,其中P10讲到了点积,老师讲了点积的本质,当时由于水平不行不理解,重看了几遍,又自己捋了一下,并补充了一些证明,才弄明白。

    在此整理备忘,没啥数学功底,表达起来相当困难,只能做到自己能看懂的程度,仅供自己以后回忆用。

    首先,我觉得有一点必须提一下,摆正我的问题,之前我看视频的时候总在想 “为什么点积的本质是XXX”,而忘了点积其实是一个定义,是由数学家下的定义。

    正确的提问方式应该是:点积被定义成这样,本质是什么。为什么本质是这个(用易于理解的证明方式,而非数学上的证明)。

    这里只说二维向量

    1、二维点积的定义

    恰巧

     点积意味着,将一个坐标分别为x和y的二维向量,线性变换到一个一维数轴上之后的长度,正负和它们的方向有关(结合前边的视频理解)。

     如果u向量的长度为1,即u帽,那么点积就是向量在上边投影的长度(视频中的一段阐述的大体意思

     2、下边结合定义试着理解视频中阐述那段想表达的东西

    这个等式的右边就是它的定义,分成两个部分去理解,第一个就是加号两侧的这种表示怎么理解,第二个就是加号怎么理解。

    2.1 加号两侧的这种表示怎么理解

      

    先从简单的解释,先把u向量的长度设为1(下称u帽),这样方便理解。因为,不管其它向量的方向如何,长度如何,都可以用它所在直线上的u向量,乘以一个倍数来表示

    然后我们把x的坐标设为1即i帽,y的坐标设为1,即j帽,因为所有向量都可以由它们的两个基,各乘以倍数表示出来

    上图表明了u帽在i帽上的投影和i帽在u帽上的投影相等,因为i帽和u帽长度相等。这个长度就是u帽的x坐标值。

    也就是说一个向量的x坐标X,用u帽做线性变换后,即X乘以i帽在u帽上的投影,而这个投影恰好是u帽的x坐标

    即  X乘以u帽的x坐标  可以理解为X乘以i帽在u帽上的投影的长度,即u帽的x坐标,因为这和定义一致!

    另外,这个表达式中点的左边正好是i帽在u帽上的投影,而这个表达式即代表着点积的左半部分,又代表着二维向量做一维向量变换的左半部分,

    所以我们可以把i帽做u帽变换,理解为i帽投影到u帽上的长度。因为这和定义一致!!这就是定义想表达的含义。

    u帽长度为1的时候,变换就是投影

    对于j帽,即y坐标上的情况,和上边是一样的,不再赘述。

    2.2 加号怎么理解

    换句话说,为什么一个向量在u帽上的投影长度,等于它的x坐标在u帽上的投影长度 加上 y坐标在u帽上的投影长度

    即,为什么 【x投影的长度】+【y投影的长度】=【这个向量在u帽上投影的长度】

    这里需要一点容易理解的几何证明,强调一下,u帽的长度是1,如果u帽的长度不是1,那么就是投影的长度乘以一个倍数了。

    其实就是证明以下内容:

    证明方式如下:

     图中的EF GH IJ都和OC垂直,是平行的,因此不难看出

    OA:EF = OB:GH = OC:IJ

    (OA+OB)/(EF+GH)=OC/IJ

    图中的EF GH IJ都和OC垂直,是平行的,因此EFKI和GHJK都是平行四边形

    显然EF+GH=IJ

    所以OA+OB=OC

    以上就是为什么有个加号




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