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逆矩阵列空间与零空间 ​

线性方程组 ​

Linear system of equations

Ax→=v→{a11x1+a12x2+⋯+a1nxn=b1a21x1+a22x2+⋯+a2nxn=b2⋮am1x1+am2x2+⋯+amnxn=bm→[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮am1am2⋯amn]⏞A[x1x2⋮xn]⏞x→=[b1b2⋮bm]⏞v→

逆变换 ​

Inverse transformation

A−1A=[1001]⏟恒等变换

TIP

{2x+2y=−41x+3y=−1→[2213]⏞A[xy]⏞x→=[−4−1]⏞v→
  • A squishes things to a lower dimension.
det(A)=0

如果 v→ 在这个直线中,则 Solutions exist。

  • Or A keeps things 2D.
det(A)≠0

只要线性变换 A 不将其压缩到一个更低的维度,就一定存在 A^{-1} 将其变换回原来的位置。但如果行列式为 0 则不同了,因为没有一个函数能将一条线解压缩为一个平面。

A−1Ax→=A−1v→x→=A−1v→

秩 ​

Rank

  • 当压缩为一个直线时,Rank=1。

  • 当压缩到一个平面时,Rank=2。

  • 当压缩仍为一个三维空间时,Rank=3。

对于一个三维变换而言,如果 det(A)=0,那么 Rank=1 将比 Rank=2 压缩得更狠。


列空间 Column space 是列张成的空间。秩的定义是列空间的维数。

Full rank 意味着秩和列数相等。

  • 对于满秩变换来说,由于 Origin 不变:
Only[00]lands on[00]

零空间 or 核 ​

  • 对于非满秩变换来说,会有很多点会落在原点。

变化后落在原点的向量的集合,被称为 Null space 或 Kernel。

TIP

对于线性方程组来说,零空间给出的就是这个向量的所有可能的解。

Ax→=[00]

这就是解的形状。