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图解数学学习之矩阵

[TOC]

matrix

矩阵的英文叫 Matrix, 原意是"母体, 基质", 作者认为西方原意是指为了形成一个整体而填充进去的填充物。

所以

$$ \begin{pmatrix} 1&2 \ 3&4 \end{pmatrix} $$

在西方人的眼中很可能是数字填充在了括号的空间里。

** 用黑客帝国来理解呢? 其实它的英文名是 matrix, 直译应该是母体的意思, 矩阵是个母体, 里面的数字就是啥? **

其实矩阵的译名应该不错, 矩形不一定对, 但目前只见过矩形的。 阵也是个整体, 个体站在需要的位置上。

原文这段主要在吐槽 日文里的行列译法, 而且应该是跟 他们的队列、 排队 相重了。 还有当年日本文字是竖写的, 行、列的意思与现在相反。

矩阵的出现

矩阵公认是根据方程组发明的。 比如一个方程组 $$ \begin{equation} \left{ \begin{aligned} x+5y+2z=9 \ 4x+6y+z=12 \ 9x+3y+3z = 6 \end{aligned} \right. \end{equation} $$

如果方程式再增多, 写起来就非常烦琐了。 于是数学家经过抽象(也就是偷懒), 发明了 Matrix 概念。

{%checkbox|怎么抽象?&提取系数&提取未知变量@提取系数@提取未知变量#要记得抽象#数学家和程序员都要会偷懒#提示好像没什么用了%}

抽象

没错, 系数和变量分开装, 先是变成了这样(latex公式不太会写):

$$ \begin{equation} \begin{aligned} (1 \ 5 \ 2) \ (4 \ 6 \ 1) \ (9 \ 3 \ 3) \end{aligned} \times (x \ y \ z) = ? \end{equation} $$

再把所有数字放进一个括号里, 就成一个整体 A 了,

$$ A=\begin{pmatrix} 1&5&2 \ 4&6&1 \ 9&3&3 \end{pmatrix} $$

问题就成了求方程:

$$ A*(x \ y \ z) = ? $$

你可能会想:"A的这些数字之间没联系, 怎么看成整体?"

所以这就是抽象的威力了, 数学家不只是偷懒, 他们还给矩阵定义了很多严密的规则(运算规则), 使得大家都认可了这些规则。

所以, 学数学的过程 其实也包括锻炼抽象思维能力, 甚至于具体知识用不上,就只剩下抽象、 逻辑等思维能力了, 不然可以说高等数学真的完全没用。

矩阵的现实意义

之前提到matrix 的原意, 但数学上matrix 矩阵 到底算个什么东西呢?

教科书上喜欢的定义是:

$$ 由 m \times n 个数组成的 m 行 n列的数表 , 称为一个 m行n列的矩阵,或 m \times n 矩阵 $$


只抽取了数字, 对数字背后潜藏的意义无动于衷。 最关键的是定义加减乘除(貌似很少说除)规则后, 还让你手算~~~ 这样的计算, 只知方法, 不知意义, 就很可能使学生越来越讨厌数学。

原文从销售例子介绍了一堆, 但我觉得 他说的“看到矩阵, 在脑中就应该浮现出原来的数据表” 不太现实。

矩阵和数据表 中间还有个方程组这一步, 甚至高观点里矩阵相乘是什么线性变换, 跟现实的市场数据就套不上了。

所以决定直接跳到乘法运算分析这部分(最后面加减也无视了)。

乘法运算为什么是行乘列?

我们已经得到了一个这样的式子

$$ \begin{equation} \begin{pmatrix} 1&5&2 \ 4&6&1 \ 9&3&3 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} x & y & z \end{pmatrix} = ? \end{equation} $$

不对, 课本上是这样的啊

$$ \begin{equation} \begin{pmatrix} 1&5&2 \ 4&6&1 \ 9&3&3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \ y \ z \end{pmatrix} \end{equation} $$

{%radio|为什么要竖着排?&就是这样定义的&节约空间&好玩&不走异常路&不知道@不知道#不好意思,我也不知道%}

解释

现在解释这个 可能没什么意义, 纯粹科普。

但不好意思的是, 原文里 这段的例子不好打~~~放弃了。

大概意思就是, 如果矩阵乘法使用行乘行的话(不考虑列乘行这种更违背习惯的), 假设左矩阵(被乘数矩阵?)固定了

那右矩阵再扩展的话, 得纵向延伸也就是继续加新的行, 但计算的结果(矩阵)却是横向延伸,加新的列。 延伸方向不一样。

乘数矩阵添加了第i行, 计算结果矩阵却添加了第i列。

所以改成行乘列的话, 乘数和计算结果矩阵延伸方向就一致, 第j列对应第j列。 符合从左向右看算式的习惯。

不好意思, 内容就这么多~~~

作者其实在讨论最基本的东西, 可以说 -- 这本书的内容不看也没问题

他重点不是把各种高深的理论解释一遍, 让你全部弄懂。

作者希望的是“把日常生活和抽象世界(数学)紧紧联系起来, 就能理解数学”。所以应该是通过他写的这几个例子, 有这方面的意识, 懂得怎么去联系。

说起来, 这话也没错, 但对于有些知识数学知识来说, 很难跟日常生活联系起来。

比如抽象代数群环域, 据说 刚提出时, 连大数学家欧拉都无法理解, 欧拉公式都有点跟现实世界联系不起来了, 何况欧拉看不懂的。

联系的应该是他另外地方说的模板, 也就是包括日常生活经验以及以往的数学知识。 没有模板, 全新的内容学起来就会很痛苦。

this man is lazy, nothing left

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Published

4月 10, 2016

Category

线性代数

Tags

  • 数学 6
  • 线性代数 2

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