• MIT线性代数-方程组的几何解释



    假设有一个方程组 A X = B AX=B AX=B表示如下
    2 x − y = 0 (1) 2x-y=0\tag{1} 2xy=0(1)
    − x + 2 y = 3 (2) -x+2y=3\tag{2} x+2y=3(2)

    • 矩阵表示如下:
      [ 2 − 1 − 1 2 ] [ x y ] = [ 0 3 ] (3) [2112][xy]=[03]\tag{3} 2112 xy = 03 (3)

    1. 二维空间

    1.1 行方向

    • 从行的方向上可以得到如下图形:
      在这里插入图片描述
    • 得到的交点M(1,2) 就是矩阵求得的x=1,y=2答案。

    1.2 列方向

    将方程变换成列方向,可得如下结构:
    x [ 2 − 1 ] + y [ − 1 2 ] = [ 0 3 ] x[21]+y[12]=[03] x 21 +y 12 = 03

    • 可以看成两个向量a= [ 2 − 1 ] [21] 21 ,b= [ − 1 2 ] [12] 12 的线性组合。
      在这里插入图片描述
    • 从列方向可以看出来,方程组可以看出来是以a= [ 2 − 1 ] [21] 21 ,b= [ − 1 2 ] [12] 12 为基,以 x, y 为系数,进行向量计算求得向量 [ 0 3 ] [03] 03

    2. 三维空间

    2.1 行方向

    2 x − y = 0 ; − x + 2 y − z = − 1 ; − 3 y + 4 z = 4 2x-y=0;\quad-x+2y-z=-1;\quad-3y+4z=4 2xy=0;x+2yz=1;3y+4z=4
    三维图像如下:
    在这里插入图片描述

    • 我们发现,对于方程组来说,我们从行方向画图的时候发现,特别难找到三个平面的交点,为此我们希望用更简单的方式看方程组(列方向)

    2.2 列方向

    • 方程组: 2 x − y = 0 ; − x + 2 y − z = − 1 ; − 3 y + 4 z = 4 2x-y=0;\quad-x+2y-z=-1;\quad-3y+4z=4 2xy=0;x+2yz=1;3y+4z=4
    • 转换成矩阵:
      x [ 2 − 1 0 ] + y [ − 1 2 − 3 ] + z [ 0 − 1 4 ] = [ 0 − 1 4 ] x[210]+y[123]+z[014]=[014] x 210 +y 123 +z 014 = 014
    • 从列方向的角度来看,我们是以 a = [ 2 − 1 0 ] , b = [ − 1 2 − 3 ] , c = [ 0 − 1 4 ] a=[210],b=[123],c=[014] a= 210 ,b= 123 ,c= 014 为基,以x,y,z为系数画图,求得向量 z = [ 0 − 1 4 ] z=[014] z= 014
    • 那么我们就可以以更简单的方式进行求解系数x,y,z
      在这里插入图片描述
    • 通过矩阵方程和图形可以看出,当x=0,y=0,z=1时可以得到结果
      0 [ 2 − 1 0 ] + 0 [ − 1 2 − 3 ] + 1 [ 0 − 1 4 ] = [ 0 − 1 4 ] 0[210]+0[123]+1[014]=[014] 0 210 +0 123 +1 014 = 014
    • 只有当向量a,b,c 相互独立,那么就可以通过系数x,y,z来求得向量z;
    • AX=b 表示的是将A的列向量进行组合得到向量b.
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/scar2016/article/details/136659590