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【行列式】- 图解线性代数 04

这次我们主要做一个回顾,再进一步将行列式的几何意义用动画展示说明。我们说矩阵A可以视为一种线性变换,所以


 
上面的式子意味着求一个向量x在线性变换A后的位置与向量v重合。现在看个例子,整个空间在矩阵A的作用下是怎样的变化过程:

图1
● 原来向量(1, 0.5)在经过变换后是(2, 1.5);
● 水平方向变成了原来的2倍;
● 纵向变成了原来的3倍;
● 原来的直线变换后依然还是直线,平行的依然保持平行;
● 原点没有改变(如果没有原点,则为仿射空间)
并且注意红色的方块面积扩大了6倍,这样的面积(或体积)增大倍率就是行列式(Determinant)的几何意义,记作:det(A)或者|A|。
再看另一个作用矩阵线性变换的动画:

图2
观察看到:
● 空间发生了倾斜,但没有扭曲;
● 直线依然还是直线,平行的依然保持平行;
● A的第一列(1.5, -1)的落脚点为(1, 0) -像,第二列(-0.5, 2)的落脚点为(0, 1);
● 单位红色小方块扩大为2.5倍,也就是det(A) = 2.5。
再来看这个线性变换的例子,注意矩阵A中两个列向量是成比例的——线性相关:

图3
观察得到:
● 空间被压缩成一条线;
● 向量(1, 0.5)在整个变换过程中完全没有发生改变(这跟特征值与特征向量有关,我们后文书再说);
● 面积增大倍率为0,也就是det(A)=0;
这跟上一节中矩阵对角线含有0元素情况类似,在这种情况下意味着不存在逆矩阵,不过也是以后要介绍的内容了。
行列式的几何意义表示面积(体积)的增大倍率,如在经过镜像翻转后就为负值,上一节我们看到三维矩阵的情况,现在看一看二维中经过镜像翻转后行列式的变化,请注意最下变换过程中det(A)值从正数到负数的变化过程:

图4


上面就是本次图解线性代数所回顾的知识点。好了,现在让我们在下一篇的中再见!


因为本人水平有限,疏忽错误在所难免,还请各位老师和朋友多提宝贵意见,帮助我改进这个系列,您的关注和转发就是鼓励我继续前行的最大动力,感谢感谢!

 

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