来源
转自孟岩,从很独特的角度理解矩阵。
笔记
空间是能够容纳运动的对象的集合。在线性空间中,选定了基(坐标系)后,就可用向量刻画对象;用矩阵刻画运动,而用矩阵乘向量刻画施加的运动。故矩阵的本质就是运动的描述,能刻画线性空间中点的运动;而向量是简单的矩阵。
这里的运动不同于物理中连续的运动,而是瞬间的从一点到另一点的运动(即跃迁),术语为“变换”,因此,矩阵是对线性空间里变换(即线性变换)的描述。
选的基(坐标系)不同,同一个变换就有不同的描述,即有不同的矩阵,这些矩阵是相似的,矩阵A,B相似等价于存在满秩矩阵P使得A=P的逆×B×P
实际上,矩阵不仅可作为线性变换的描述,而且可以作为一组基的描述(选定基后才有矩阵,而矩阵可以反过来表示基);矩阵作为线性变换的描述时不仅可描述点的变换,而且可以描述基的变换。此外,变换点与变换基具有殊途同归之效。
考虑到矩阵是由向量组成的,选了笛卡尔坐标系的基(单位长为1)后向量就有了坐标,从而矩阵也有了各数字表示。如果矩阵满秩,那么矩阵各个向量就组成了一组基,也就是一个坐标系,因此矩阵是坐标系的描述,这个坐标系是在I下度量的。因此可以从坐标变换角度理解:
矩阵是坐标系的描述,固定坐标系时对象的运动等价于固定对象时坐标系的变换,即运动是相对的,数学中也如此。所以MN=A可以从这个角度理解:IMN=IA,一个坐标系在笛卡尔基I下描述为坐标系M,在坐标系M度量下的对象N在笛卡尔基I下的度量为A!!!这里,对象可以是向量或矩阵(向量的组合)。例子:M=[[3,0],[0,2]],N=[1,1],A=[3,2],在坐标系M中坐标为[1,1]者在坐标系I中的坐标为[3,2]。
这里的运动不同于物理中连续的运动,而是瞬间的从一点到另一点的运动(即跃迁),术语为“变换”,因此,矩阵是对线性空间里变换(即线性变换)的描述。
选的基(坐标系)不同,同一个变换就有不同的描述,即有不同的矩阵,这些矩阵是相似的,矩阵A,B相似等价于存在满秩矩阵P使得A=P的逆×B×P
实际上,矩阵不仅可作为线性变换的描述,而且可以作为一组基的描述(选定基后才有矩阵,而矩阵可以反过来表示基);矩阵作为线性变换的描述时不仅可描述点的变换,而且可以描述基的变换。此外,变换点与变换基具有殊途同归之效。
考虑到矩阵是由向量组成的,选了笛卡尔坐标系的基(单位长为1)后向量就有了坐标,从而矩阵也有了各数字表示。如果矩阵满秩,那么矩阵各个向量就组成了一组基,也就是一个坐标系,因此矩阵是坐标系的描述,这个坐标系是在I下度量的。因此可以从坐标变换角度理解:
矩阵是坐标系的描述,固定坐标系时对象的运动等价于固定对象时坐标系的变换,即运动是相对的,数学中也如此。所以MN=A可以从这个角度理解:IMN=IA,一个坐标系在笛卡尔基I下描述为坐标系M,在坐标系M度量下的对象N在笛卡尔基I下的度量为A!!!这里,对象可以是向量或矩阵(向量的组合)。例子:M=[[3,0],[0,2]],N=[1,1],A=[3,2],在坐标系M中坐标为[1,1]者在坐标系I中的坐标为[3,2]。
矩阵的意义是线性变换, 相似矩阵是同一个线性变换在不同的基下的表示。
n维方阵的行列式就是其各维按照平行四边形法则构成的n维体的体积,n为2时是面积,为3时是三棱柱的体积。(也可以理解为单位阵所表示的n维体经其变换后的体积)
道可道,非常道;名可名,非常名,矩阵是真正的不可道之道,不可名之名。
some books
齐民友《重温微积分》
《计算机图形学—几何工具算法详解》