「线性代数」向量究竟是什么

「线性代数」向量究竟是什么一:不同的人如何看待向量向量的概念我们再熟悉不过了,他们在不同人眼中是不一样的学物理的人认为,向量是空间里面的箭头,决定一个向量的是它的方向和长

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一:不同的人如何看待向量

向量的概念我们再熟悉不过了,他们在不同人眼中是不一样的

「线性代数」向量究竟是什么


学物理的人认为,
向量是空间里面的箭头,决定一个向量的是它的方向和长度,如果两个向量这两个特征相同,那么你可以在空间中任意移动

  • 二维向量
  • 三维向量

学计算机的人认为,向量是有序的数字列表,试图通过一组数字(顺序不可颠倒)去描述(专业叫建模)描述某个对象

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对于学数学的人,
他们觉得向量可以是任何东西,只要保证两个向量相加以及数字与向量相乘是有意义的即可

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可以看出为什么从数学的角度看,向量是相当抽象的,这也是为什么我们无法学好线性代数的本质原因,而且向量相加和数乘也贯穿了线性代数这门学科的始终、

二:坐标系中的向量表示

在线性代数中,我们的向量是一个以坐标原点为起点的箭头(下面的是二维直角坐标系,三维,更高维也是这样)

「线性代数」向量究竟是什么

我们经常会见到线性代数中用\begin{pmatrix} -2\\ 3\end{pmatrix}(−23)这样的形式表示向量,这一对数表示了如何从原点(向量起点)到达尖端(向量终点)

  • -2表示从原点开始沿着平行于X轴的负方向移动两个单位
  • 3表示从上一位置开始沿着平行于Y轴的正方向移动两个单位
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每一对数给出了唯一的一个向量,而每一个向量又恰好对应唯一一对数

当然我们处于三维世界,也是如此,会多一个z轴,这样的话每一向量就会与一个三元数组对应,比如\begin{pmatrix} 2\\ 1\\ 3\end{pmatrix}⎝⎛​213​⎠⎞​

  • 2表示从原点开始沿着平行于X轴的正方向移动两个单位
  • 1表示从上一位置开始沿着平行于Y轴的正方向移动一个单位
  • 3表示从上一位置开始沿着平行于Z轴的正方向移动三个单位
「线性代数」向量究竟是什么

三:坐标系中向量加法和数乘

(1)相加

我们都很熟悉向量加法的规则:
\begin{pmatrix} 1\\ 2\end{pmatrix}(12​)+\begin{pmatrix} 3\\ -1\end{pmatrix}(3−1​)=\begin{pmatrix} 4\\ 1\end{pmatrix}(41​)

但为什么要这样运算,很多人却解释不清楚,不过通过几何角度会非常容易理解。
首先\begin{pmatrix} 1\\ 2\end{pmatrix}(12​)和\begin{pmatrix} 3\\ -1\end{pmatrix}(3−1​)这两个向量在坐标系中表示如下

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向量加法相信大家高中就学习过了:
移动第二个向量,使其起点移动到第一个向量的末尾,然后连线即可

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向量加法为什么一定是这样呢?
其实向量从某种方面来讲,揭示的是一种运动趋势,运动无非就是方向和距离嘛,所以大家可以看到最终向量的和就是最终的运动趋势。

这一点其实在我们初中学习数轴时就深有体会了,我们知道2+5=7,你可以理解为先移动2步,再移动5步

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我们把这种观点运用到刚才的向量加法,两个向量相加最终得到了一个新的向量,它一共包括四步:先向右移动1步,再向上移动2步,再向右移动3步,再向下移动1步

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所以这就是向量加法的本质

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(2)数乘

2·\begin{pmatrix} 1\\ 2\end{pmatrix}(12​)=\begin{pmatrix} 2\\ 4\end{pmatrix}(24​)就是向量的数乘运算

比如2\overline v2v就是表示把\overline vv正向延长为原来的2倍

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\frac{1}{3} \overline v31​v就是表示把\overline vv正向缩短为原来的\frac{1}{3}31​

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而-1.8\overline v−1.8v就是表示把\overline vv反向延长为原来的1.8倍

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对于一个向量,对其进行延长2倍等于把它的每个分量都乘以2,也即
2·\begin{pmatrix} 1\\ 3\end{pmatrix}(13​)=\begin{pmatrix} 1×2\\ 3×2\end{pmatrix}(1×23×2​) =\begin{pmatrix} 2\\ 6\end{pmatrix}(26​)

「线性代数」向量究竟是什么

到这里向量,就基本介绍完毕了,大家一定要深刻理解,线性代数本质就是向量,而向量既可以用箭头表示也可以用有序数组表示,这些花里胡哨的表示方式并不是为了好看,实际是为了方便我们用数字操控空间,用空间表示数字等等

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