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干货分享|线性代数的另一种打开方式

2020-08-16 16:12:49


在文章开始前,我希望大家跟着我做一个设想。

在第一次学习正弦函数sin时

它是这个样的:


(∠α的对边与斜边的比叫做∠α的正弦)


那如果在第一次学习三角函数时我们接触到的是这样一个式子(而不是上面的直角三角形):


这个式子能精确地计算出sin的数值


但你能理解物理中分力F1=mg*sinα是怎么一回事吗


你迷失在了计算sinα的精确值里一头雾水


为什么呢,因为你不知道sinα其实就是直角三角形里对边与斜边的比


上例是为了说明,在数学里我们理解事物可以有不同的视角,就像sin它既可以存在于一个几何图形里,它也可以是一个无限趋于精确的数学公式。


同样,在线性代数中我们也可以暂且放下纷繁复杂的计算,而用直观的视角去感受“线性”的简洁、“代数”的严谨。


对于实际运用来说,几何直观的充分理解恰恰是其灵活使用的根基(正如上面例子中力的分解表示)



回到正题


本篇文章主要是介绍陈(shuai)昊(bi)学长推荐的视频——线性代数的本质”系列合集视频总长只有二个半小时,通过直观的动画演示,理解线性代数的大部分核心概念。

(视频地址在文末哦 :))


我们学习线性代数,那线性代数只是为了代数计算吗?学习矩阵、行列式的算法、学习逆矩阵、对角阵、正交、正定阵的计算?


我们在数值计算上花了大量的时间,但是没有建立在良好的几何理解的基础上,这对我们今后应用这样一门普适的学科是有很不利的。


幸运的是,线性代数像正弦函数sin一样 ,也有许多隐藏其中的直观理解,而且相当直接,甚至是可视化的理解(这正是视频中精妙的动画一直努力为我们呈现的)




有人这么说“线性代数课程,无论你从行列式入手还是直接从矩阵入手,从一开始就充斥着莫名其妙。比如说,在全国一般工科院系教学中应用最广泛的同济线性代数教材,一上来就介绍逆序数这个“前无古人,后无来者”的古怪概念,然后用逆序数给出行列式的一个极不直观的定义,接着是一些简直犯傻的行列式性质和习题——把这行乘一个系数加到另一行上,再把那一列减过来,折腾得那叫一个热闹,可就是压根看不出这个东西有嘛用。(《理解矩阵背后的现实意义》)”

     

确实,一般工科学生初学线性代数都会感到困难,“公理化”的概念较之“模型化”的概念太过于抽象,让人很难抓到实质。只有运用最直观的几何方式才能更好地学习概念,进而进行计算、运用。



这就像小时侯你问大人,“直线是什么?”,大人告诉你,“你看绷直的一根弦那就是直线。"


你不会在学校里学到“直线是一个点在平面或空间沿着一定方向和其相反方向运动的轨迹、不弯曲的线”之后,才对“什么是直线"恍然大悟。


良好的解释 > 象征性的证明



对于学习过线性代数的同学来说,

又是怎样理解下面这些问题的呢



①怎样证明 |AB| = | A| | B |

②矩阵乘法/行列式的运算方法是怎样理解?

③为什么叫线性变换而不叫线性函数?实质上变换和函数对应的都是一个输入-变换-输出的过程

④矩阵行列式的数值对空间线性变换有何影响?

……

在视频里,这些较为抽象的概念都能得到简洁直观地动态诠释。



即使你高分通过线性代数考试,我仍然向你强烈推荐这个系列视频。

它能给你一个和在课堂上所学的完全不同的视角。

当你充分消化了这些内容,这门科目和它的实际应用就会显得合情合理。

最后,这个视频,它不能让你跳出考期将近的苟且,但当你跳出了概念和公式泥潭,你不觉得这很酷吗:)


B站也有哦,搜索“线性代数的本质”

点击阅读原文即可收藏该视频。



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