线性代数之——向量简介
在二维平面中,一个二维向量可以用一个箭头来表示,这个箭头起始于原点,终点坐标 分别为向量中的两个元素,而 与 的和则是向量 和 的线性组合。
三维向量和二维向量类似,可以表示为三维平面中的一个箭头,只不过坐标变成了 。
针对三维向量 , 和 ,有
两个向量 和 的点积或者内积 定义为:
如果两个的向量的点积为零,说明这两个向量是垂直的,它们之间的角度为 90°。
另一个重要的情况是一个向量和自己点积,这时候点积的结果就是向量长度的平方,或者说向量的长度就等于与自身点积的平方根。
单位向量就是向量长度为 1 的向量,也就是 。 是一个和 在一个方向上的单位向量。
沿着 轴和 轴 的单位向量称为 和 ,在 平面中,单位向量 和 轴构成一个夹角 。
当两个向量之间的角度小于 90° 时,它们的点积大于 0;当两个向量之间的角度大于 90° 时,它们的点积小于 0;而当两个向量之间的角度等于 90° 时,它们的点积等于 0。
我们可以直观地看到这种情况,当这两个向量分别为单位向量 和 时,这时候 , 也就是这两个向量之间的角度。
当这两个向量分别旋转到 到 时,它们的点积为:
当两个向量不是单位向量的时候,我们就可以先除以向量的长度把它们变成单位向量,因此,同样地,就有:
因为 不会超过 1,因此我们就得到了 施瓦茨不等式(Schwarz Inequality) 和 三角不等式(Triangle inequality) :
给出三个向量
它们的线性组合 为:
我们将 作为矩阵 的列,然后上式可以重写为:
将 换成 ,我们可以得到:
这就是说, 的结果就是对矩阵 的列的线性组合 。
我们还可以将上面的乘积表示成另外一种形式,矩阵的行和向量的点积:
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