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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(1)

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

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(2)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(3)

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)

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(4)

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)

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(5)

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​⎠⎞​

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(6)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(7)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(8)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(9)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(10)

所以这就是向量加法的本质

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(11)

(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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(12)

\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​

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(13)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(14)

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​)

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(15)

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

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(16)

线性代数中的向量是什么(向量究竟是什么)(17)

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