• 【转】【数学】矩阵求逆的几何意义


    向量:[a1, a2, a3, ..., an]
    矩阵:
    a11, a12, a13, ..., a1n
    a21, a22, a23, ..., a2n
    ...
    an1, an2, an3, ..., ann


    现只讨论这个n阶非奇异方阵,如果一组向量彼此线性无关——它们就可以成为度量这个线性空间的一组基→成为一个坐标系体系,其中每一个向量都躺在一根坐标轴上,并且成为那根坐标轴上的基本度量单位(长度1)。


    比如把点(1, 1)变到点(2, 3),可以有两种做法:①坐标系不动,点动,把(1, 1)点挪到(2, 3);②点不动,坐标系动,让x轴的度量(单位向量)变成原来的1/2,让y轴的度量(单位向量)变成原先的1/3,这样点还是那个点,可是点的坐标就变成(2, 3)了。 方式不同,结果一样。

    第①种方式即把矩阵看成是运动描述,矩阵与向量相乘就是使向量(点)运动的过程。在这个方式下,“Ma = b”的意思是:向量a经过矩阵M所描述的变换,变成了向量b;而从第②种方式来看,矩阵M描述了一个坐标系,姑且也称之为M。那么“Ma = b”的意思是:有一个向量,它在坐标系M的度量下得到的度量结果向量为a,那么它在坐标系I的度量下,这个向量的度量结果是b。
    这里的I是指单位矩阵。而这两个方式本质上是等价的。在M为坐标系的意义下,如果把M放在一个向量a的前面,形成Ma的样式,我们可以认为这是对向量a的一个环境声明。它相当于是说: “注意了!这里有一个向量,它在坐标系M中度量,得到的度量结果可以表达为a。可是它在别的坐标系里度量的话,就会得到不同的结果。为了明确,我把M放在前面,让你明白,这是该向量在坐标系M中度量的结果。那么我们再看孤零零的向量b:
    b 多看几遍,你没看出来吗?它其实不是b,它是:
    Ib
    也就是说:“在单位坐标系,也就是我们通常说的直角坐标系I中,有一个向量,度量的结果是b。”
    而 Ma = Ib的意思就是说:
    “在M坐标系里量出来的向量a,跟在I坐标系里量出来的向量b,其实根本就是一个向量啊!”这哪里是什么乘法计算,根本就是身份识别嘛。从这个意义上我们重新理解一下向量。向量这个东西客观存在,但是要把它表示出来,就要把它放在一个坐标系中去度量它,然后把度量的结果(向量在各个坐标轴上的投影值)按一定顺序列在一起,就成了我们平时所见的向量表示形式。你选择的坐标系(基)不同,得出来的向量的表示就不同。向量还是那个向量,选择的坐标系不同,其表示方式就不同。因此,按道理来说,每写出一个向量的表示,都应该声明一下这个表示是在哪个坐标系中度量出来的。表示的方式,就是 Ma,也就是说,有一个向量,在M矩阵表示的坐标系中度量出来的结果为a。我们平时说一个向量是[2 3 5 7]T,隐含着是说,这个向量在 I 坐标系中的度量结果是[2 3 5 7]T,因此,这个形式反而是一种简化了的特殊情况。

    注意到,M矩阵表示出来的那个坐标系,由一组基组成,而那组基也是由向量组成的,同样存在这组向量是在哪个坐标系下度量而成的问题。也就是说,表述一个矩阵的一般方法,也应该要指明其所处的基准坐标系。所谓M,其实是 IM,也就是说,M中那组基的度量是在 I 坐标系中得出的。从这个视角来看,M×N也不是什么矩阵乘法了,而是声明了一个在M坐标系中量出的另一个坐标系N,其中M本身是在I坐标系中度量出来的。
    回过头来说变换的问题。我刚才说,“固定坐标系下一个对象的变换等价于固定对象所处的坐标系变换”,那个“固定对象”我们找到了,就是那个向量。但是坐标系的变换呢?我怎么没看见?
    请看:
    Ma = Ib
    我现在要变M为I,怎么变?对了,再前面乘以个M-1,也就是M的逆矩阵。换句话说,你不是有一个坐标系M吗,现在我让它乘以个M-1,变成I,这样一来的话,原来M坐标系中的a在I中一量,就得到b了。
    我建议你此时此刻拿起纸笔,画画图,求得对这件事情的理解。比如,你画一个坐标系,x轴上的衡量单位是2,y轴上的衡量单位是3,在这样一个坐标系里,坐标为(1,1)的那一点,实际上就是笛卡尔坐标系里的点(2, 3)。而让它原形毕露的办法,就是把原来那个坐标系:
    2 0
    0 3
    的x方向度量缩小为原来的1/2,而y方向度量缩小为原来的1/3,这样一来坐标系就变成单位坐标系I了。保持点不变,那个向量现在就变成了(2, 3)了。
    怎么能够让“x方向度量缩小为原来的1/2,而y方向度量缩小为原来的1/3”呢?就是让原坐标系:
    2 0
    0 3
    被矩阵:
    1/2 0
    0 1/3
    左乘。而这个矩阵就是原矩阵的逆矩阵

    下面我们得出一个重要的结论:
    对坐标系施加变换的方法,就是让表示那个坐标系的矩阵与表示那个变化的矩阵相乘。”矩阵的乘法变成了运动的施加。只不过,被施加运动的不再是向量,而是另一个坐标系

     
  • 相关阅读:
    如何改计算机用户名
    解决windows弹出'你可能是盗版软件的受害者...'及去除自动更新图标
    关于复制文件出现“Thumbs:访问被拒绝......”的解决办法和相关知识
    <百度分享平台>透明FLASH模块的方法
    绝对性解决打开我的电脑打开文件夹在新窗口中打开问题
    Git忽略规则(.gitignore配置)不生效原因和解决
    汇编学习笔记18
    汇编学习笔记21
    汇编学习笔记16
    汇编学习笔记22
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/mqxs/p/14744762.html
Copyright © 2020-2023  润新知