矩阵乘向量的几何意义?

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温屿17
2022-10-29 · TA获得超过1.2万个赞
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特征值和特征向量的几何意义是什么?
特征向量的几何意义

特征向量确实有很明确的几何意义,矩阵(既然讨论特征向量的问题,当然是方阵,这里不讨论广义特征向量的概念,就是一般的特征向量)乘以一个向量的结果仍 是同维数的一个向量,因此,矩阵乘法对应了一个变换,把一个向量变成同维数的另一个向量,那么变换的效果是什么呢?这当然与方阵的构造有密切关系,比如可 以取适当的二维方阵,使得这个变换的效果就是将平面上的二维向量逆时针旋转30度,这时我们可以问一个问题,有没有向量在这个变换下不改变方向呢?可以想 一下,除了零向量,没有其他向量可以在平面上旋转30度而不改变方向的,所以这个变换对应的矩阵(或者说这个变换自身)没有特征向量(注意:特征向量不能 是零向量),所以一个变换的特征向量是这样一种向量,它经过这种特定的变换后保持方向不变,只是进行长度上的伸缩而已(再想想特征向量的原始定义Ax= cx,你就恍然大悟了,看到了吗?cx是方阵A对向量x进行变换后的结果,但显然cx和x的方向相同),而且x是特征向量的话,ax也是特征向量(a是标 量且不为零),所以所谓的特征向量不是一个向量而是一个向量族, 另外,特征值只不过反映了特征向量在变换时的伸缩倍数而已,对一个变换而言,特征向量指明的方向才是很重要的,特征值不是那么重要,虽然我们求这两个量时 先求出特征值,但特征向量才是更本质的东西!

比如平面上的一个变换,把一个向量关于横轴做镜像对称变换,即保持一个向量的横座标不变,但纵座标取相反数,把这个变换表示为矩阵就是[1 0;0 -1],其中分号表示换行,显然[1 0;0 -1]*[a b]'=[a -b]',其中上标'表示取转置,这正是我们想要的效果,那么现在可以猜一下了,这个矩阵的特征向量是什么?想想什么向量在这个变换下保持方向不变,显 然,横轴上的向量在这个变换下保持方向不变(记住这个变换是镜像对称变换,那镜子表面上(横轴上)的向量当然不会变化),所以可以直接猜测其特征向量是 [a 0]'(a不为0),还有其他的吗?有,那就是纵轴上的向量,这时经过变换后,其方向反向,但仍在同一条轴上,所以也被认为是方向没有变化,所以[0 b]'(b不为0)也是其特征向量,去求求矩阵[1 0;0 -1]的特征向量就知道对不对了!

zz quentan blog

一个矩阵乘以一个向量有什么几何意义,麻烦说详细一点!谢谢
矩阵乘向量,就是把这个向量旋转,而且向量的大小也会改变,通常情况,没有人关注矩阵与一个向量的乘法,而是关注整个向量空间,乘了这个矩阵之后,会如何变化,这其实就是向量空间的线性变换,特点是保持加法,保持数乘。

所以几何意义就是线性变换

例如平面上你有个帆船,有个风速F,风吹船,船会有速度V,风变成2F,船变2V,你要描述风和船的速度关系。F=AV。

如果你建立了座标系那么F是个向量,V是向量,A是矩阵。

如果你没有建立座标系那么处是个向量,V是向量,A叫做线性变换。
矩阵与向量相乘得到的是什么?
向量是特殊的矩阵

只有一行或一列锭矩阵称为向量

若a为n维列向量,A为n阶矩阵.... 那么,Aa是只有一列的矩阵, 称它为向量

若称它是向量, 我们的第一感觉它只有一行或一列

若称它是矩阵, 你还要说它是只有一列的矩阵
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