一直不解,為什麼如此定義矩陣的乘法,為什麼這樣一種怪異的乘法規則卻能夠在實踐中發揮如此巨大的功效?

時間 2021-05-14 10:49:59

1樓:jRONI

Heinsenberg發明矩陣力學的時候根本不知道有矩陣這個東西。他的目的是構造一種具有superposition性質的運算。然後他乾成了。

有限的甚至可數的superposition都可以用矩陣。當然線性也是可以做superposition的,區別在於superposition可以推廣到在semiring上做。所以矩陣自然成為了表述有限維線性對映的工具。

從運算法則上來說,矩陣乘法是最自然的superposition的法則。

2樓:餘小澤

這就是相當一部分工程類課程(engineering)學習曲線陡峭之所在。線性代數(工程類)、電工學皆是如此。而這些課程的另一特點是,如果你從學科發展史角度思考,一切都會豁然開朗。

比如矩陣理論。並非課本中呈現在學生面前那樣,好像一群數學家天馬行空,從「無」中構造出逆序數、矩陣乘法規則等反直覺的設定,進而創造出矩陣理論,「恰好」可以解決多元方程、圖形變換等問題。而是為了解決這些問題,逐步逐步拼湊、完善出一套理論,進而形成了我們現在看到的矩陣理論。

以矩陣乘法為例。人們先發現可以用矩陣描述「變換」,進而有了「把先後兩步變換合成一步變換」的需求(或者說「把乙個複雜的變換等價到若干個基礎變換」的需求,這樣表述可能更準確,因為數學就是不斷地把複雜問題劃歸到已知的、能解決的問題,進而解決它們)。為了用數學語言表述這種需求,我們記C=AB,表示這種等價關係,並稱其為「矩陣乘法」。

這就是為什麼乘法規則這麼繁複的原因——甚至可以說,它只是碰巧用了這個名字而已,和標量乘法沒有什麼關係。

3樓:劉闔光

阿珍可以把空間中的某個箭頭拉長n倍,阿強可以把那個拉長了n倍的箭頭旋轉九十度。阿珍愛上了阿強,他們生的孩子叫小明。小明可以把原箭頭拉長n倍並且旋轉九十度。我們有:

阿珍*箭頭1=箭頭2

阿強*箭頭2=箭頭3

小明*箭頭1=箭頭3

以上聯立推導出:

阿強*阿珍=小明

乘法的規則蘊含在上述公式中,把一家三口都看做矩陣即可開始推導乘法規則。

4樓:niuyaka

矩陣乘法的意義是線性變換,而線性變換的用途是廣泛的。

多元函式微分的運算法則,是不是很像矩陣運算?因為他就是足夠小範圍內的線性變換。

考慮有則

或者可見每更換一次座標系,微分運算都會多乙個形如 的因子,再對某個指標求和(你可以試著增加一層變數並進一步變換到 ),所運用的規則,也正是看起來「莫名奇妙的」矩陣乘法規則。

其實矩陣乘法的規則,無非就是對某一指標進行求和,再進一步,向量與向量的矩陣乘法正是點乘運算,矩陣與向量、矩陣或者更高階的張量的矩陣乘法是點乘的批量操作,行與列不過是方便書寫的一種形式而已。這也是為什麼在Mathematica中,矩陣乘法是和點乘的寫法一樣。

另外多說一句,我們學的線性代數一般分為兩部分內容,一部分是線性變換,另一部分是行列式(如果是同濟大學那本書,甚至還先講行列式),而行列式的意義是平直空間中的體積。這在對微小線性變換不斷累積求和的時候,也就是積分中,能夠得以應用。多元函式的積分需要用到體積元,體積元是一塊足夠微小而能夠認為是平直的體積,他在座標變換中也因此會有乙個由組成的行列式因子。

5樓:長江漁者

矩陣乘法表示點、線、面、甚至N維數的加權求和,這是線性空間的基本操作啊。換句話說,向量空間的矩陣乘法的規則相當於標量世界的乘法和加法。所以,矩陣乘法是一種基本規則。

致於為什麼這麼普遍適用,這是因為我們人類生活的世界,或你恰好接觸到的世界很多是線性的。如果我們研究的空間本身就不是線性空間,那這個線性操作就沒那麼有用了。

6樓:

建議將線性代數運用到實際工作中,否則再怎麼將也是白費力。

數學分析和高等代數都屬於非常經典的數學,內容總體非常直觀,這個問題屬於典型的學而不思。

7樓:本圖希

看完這個,很多問題自然解決了:(我記得共12集還是14集)

【熟肉】線性代數的本質 - 01 - 向量究竟是什麼?_嗶哩嗶哩 (゜-゜)つロ 乾杯~-bilibili

讓我們從向量出發吧!

8樓:abada張巨集兵

矩陣A乘以列矢a的乘法Aa定義了以後,Aa結果也是列矢,那麼矩陣B乘以列矢Aa,結果B(Aa)也是列矢,現在假設結合律成立,(BA)a=B(Aa), 那麼就有了矩陣乘法BA的規則定義。

用線性方程組也可以得到矩陣乘法,設:

Ax+By=x'

Cx+Dy=y'

又設:Ex'+Fy'=x''

Gx'+Hy'=y''

要用x與y直接表示x"與y",就會得到新的方程組,係數矩陣就是上面兩個方程組的係數矩陣的乘法。

矩陣運算可以看做是線性方程組運算的簡寫。

9樓:王一

矩陣乘法可以用在很多地方,是題主所說很多「世界本質規律」的數學抽象。這裡舉個例子:物理和工程上,矩陣經常被用來做線性變換,把乙個向量變換成另乙個向量。

這在物理裡有很多例子:旋轉、洛倫茲變換、在子空間上投影、物理狀態隨時間演化,等等。

放個我講課截圖。這裡,右上角紅字部分是二維線性變換。為什麼把線性變換(等式右邊)用矩陣(等式左邊)表示?

因為,這樣,可以把「變換的物件」和「變換」本身分開,更有助於研究「變換」本身的性質。

如果我要先做乙個變換 abcd,再做另乙個變換 efgh(如上圖左邊紅框內所示),則按線性變換規則,變換結果如上圖右下角所示。所以,把 abcd 變換和 efgh 變換組合成乙個變換,規則就是矩陣乘法規則:

當然,數學上可以用更漂亮和一般的方法寫出來。這裡只是用二維線性變換做例子比較直觀。

另外,以前我也用概率舉例講過矩陣乘法及其不對易性質。這裡貼一下講義。

10樓:hu zhi

矩陣是對變換(旋轉、伸縮、投影等)統一表示,而帶來的結果。復合變換,意味著,變換的順序性(除了可逆變換,這對應著矩陣與其逆矩陣的復合變換),即左乘與右乘是有區別的。

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