• 【线性代数的本质】特征值/特征向量的几何涵义


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    一般,教材上的定义是:

    Aλ=kλ

    λ就是矩阵A的特征向量,k就对应特征向量的特征值。

    空间变换的概念

    我的理解就是:参考系发生变化导致空间发生了扭曲或者变形。

    正常的参考系是由单位向量(1,0)和单位向量(0,1)组成的参考系,但是下面这个也可以是个参考系:

     就是说:

    任何线性无关的2个向量都可以作为基向量,组成一个参考系,因为任何线性无关的2个向量(的线性组合)都可以表示出来平面上的所有向量。或者说,平面上的任一向量都可以由线性无关的2个向量线性表示。

     注:

    1.矩阵的乘法就意味着:

    在空间中做变换-旋转、拉伸。

    2.A矩阵作用于一个图形,就意味着将此图像在水平方向拉伸为原来的2倍,这个是拉伸变换。

     注:

    1.λ和α给人的感觉就是他们反映了矩阵A的某些特征、特质。

    2.α≠0,说明0向量不能当作特征向量。

    3.矩阵A会把边长为1的小正方形拉伸成一个长宽分别为2和3的矩形。

    4.(1,1)这个向量在A矩阵的作用,变成了(2,3)这个向量。

    这个变换使得原来的向量(1,1)的方向和大小都发生了改变

    同样的,向量(1,1/2)会变成(2,3/2).

    5.思考:有没有向量,它的方向没有发生变化呢?显然是有的,他们是:

    所以,i是矩阵A的一个特征向量,2是对应的特征值。

    j=(0,1)向量在A的作用下,方向也没发生改变,所以它也是A的一个特征向量,3是对应的特征值。

     

    6.除了i向量和j向量外,与i向量共线的向量都是A的特征向量,与j向量共线的向量也都是A的特征向量。

    7.特征向量的定义:

    某些向量在使用A矩阵进行空间变换前后,没有改变方向的那些向量就是特征向量。A矩阵实际上建立了一个新的参考系。

    8.特征向量和特征值的几何含义

    特征向量指明了方向不发生变化的那些向量的拉伸的方向,特征值表示了拉伸的倍数,这即是特征向量和特征值的几何含义。

    9.有些矩阵作用在向量上,让向量逆时针旋转90°。这样的矩阵称为是旋转(变化)的矩阵。

    10.复特征值和旋转有什么关系呢?或者说为何会对应的呢?

     

    横轴和竖轴分别表示实部和虚部。

    所以,复数往往和旋转有关系。

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