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线性相关性、基、维数-线性代数课时9(MIT Linear Algebra , Gilbert Strang)

         这是Strang教授的第九讲,讲解的内容是线性相关性、基的概念和维数的概念。

背景知识

        对于未知数个数大于方程个数的线性方程组,我们知道对于Ax=0一定有非零解,原因是在消元过程中一定存在自由变量。

线性相关性

        定义1:对于向量

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,如果

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当且仅当

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=0成立,那么向量

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线性无关。

        定义2:如果

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是矩阵A的列向量,当且仅当Ax=0只有0解时,

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线性无关。

        定义2也可以表述为,矩阵A的列向量线性无关当且仅当N(A)=0。如果A的列向量线性无关,那么A一定是列满秩的,rank(A)=n。

生成向量空间

        定义:A set of vectors spans a space if their linear combinations fill the space.

        定义的解释:如果有一组向量

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,它们生成的向量空间是只包含

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全部线性组合的向量空间。比如,A的列空间是A的列向量生成的向量空间;A行空间是由A的行向量生成的向量空间。

        基的概念是和向量空间联系在一起的,它的定义:

        向量空间的一组“基”是指:一组向量

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,这一组向量包含如下两个性质:1.它们线性无关;2.他们生成了整个向量空间。

        例如,(1,0)、(0,1)是

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的一组基;(1,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)是

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的一组基。

        根据“基”的定义,可以知道对于

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的一组基有n个线性无关的向量,他们组成的nxn矩阵可逆。向量空间可以有对组基,但他们的向量个数相同。

维数

        定义:向量空间的维数是向量空间任意一组基的向量个数。

       根据基和维数的概念可以推导出关于矩阵A的如下一些事实:1. A的列空间的维数

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;2.A的零空间的维数

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线性相关性、基、维数这些概念并不仅仅只适用于向量空间,也可以延展到矩阵空间和函数空间,书上有举例介绍。本节课讲解了几个概念,但他们都很重要,需要理解清楚。

        本节课的内容对应《INTRODUCTION TO LINEAR ALGEBRA》3.5章节。

下节课:四个基本子空间-线性代数课时10(MIT Linear Algebra , Gilbert Strang)

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