分享

线性代数是什么?(2023秋)

 gfergfer 2023-09-27 发布于辽宁

沉舟侧畔千帆过,

病树前头万木春。

今日听君歌一曲,

暂凭杯酒长精神。

——《酬乐天扬州初逢席上见赠》(节选)唐·刘禹锡

又道:

俱往矣,《高数》已过,看今朝,《线代》当道.

不管成绩如何《高等数学》已经成为过去时,现在我们的主要目标是《线性代数》这门新的课程. 如果说高等数学是用极限的思想去研究函数的各种性状,那么线性代数是什么呢?
为了回答这个问题,我先百度,再维基,然后知乎,还有B站……忙乎了半天,看到了很多大神的回答和理解,真的让我收获颇多. 但回头想想,这种论调,如果你已经投入了足够的精力和体力将线代学好再回过头来,都是至理名言、振聋发聩. 但如果给一个还没有开始学习线性代数的人说这些,似乎就有点“孩子,这件事情要这么做”的味道了. 我6岁的儿子目前还算能接受这样的说教,13岁的女儿已经对其嗤之以鼻了. 因此,这些网络上的回答和理解,对于大学生到底有多大作用,真是值得思考.
那么对初学者而言,什么是线性代数呢?我的解释就是“线性” “代数”.
先说“代数”,中学就接触过了,即“用符号代替数字和运算”,也就是一种抽象化的过程.更直观的说法就是解应用题中的设未知数. 例如:
  1. “鸡兔同笼”问题:今有雉兔同笼,上有三十五头,下有九十四足,问雉兔各几何?
  1. 已知一小碗米饭和一个6寸披萨的总热量为350千卡,大碗米饭的量是小碗米饭的2倍,一大碗米饭和1个12寸披萨的总热量为940千卡,求一小碗米饭和一个6寸披萨的各自热量?

这两个问题都可以用代数方程组:

表示,只是其中的研究对象的含义不同. 也许有同学会说,某某大学的教授说过,他从没见过哪个商贩将鸡和兔子装到一个笼子里. 我只能说,专家说的很对!但大家要注意语境,这位教授是在评价“小学数学教育”时说的这句话,而我们是大学生,抽象是必须的。这就是数学的抽象,我们无需关注背后的,也就是“代数”要研究的问题.

而“线性”其实是“线性关系”的简称,是指运算对象间只进行了“加法”和“数乘”运算的关系. 用数学的语言说,线性关系就是满足:

的运算关系. 其中为运算对象,为任意常数. 用度娘的话说就是:“对象之间的关系是以一次形式来表达的. 例如在解析几何里,平面上直线的方程是二元一次方程;空间平面的方程是三元一次方程,而空间直线视为两个平面相交,由两个三元一次方程所组成的方程组来表示.含有个未知量的一次方程称为线性方程.关于变量是一次的函数称为线性函数.线性关系问题简称线性问题.”

因此,“线性代数”的字面意思就是用符号代替数字去研究线性问题的学科,说的宽泛一点,“线性代数”研究的是“能将一个线性关系变成另一个线性关系的映射(高大上的名字叫“算子”,通俗叫法就是“对应关系”,大家最容易理解的名字叫“函数”)及其性质.”再说通俗一点,线性代数就是一本“工具的使用说明书”,这个工具——矩阵——是用来解决线性关系问题的数学工具. 关于“矩阵”我们后面还会专门讨论,这里多说了.
对于“线性代数”课程,我们的学习目的就是掌握矩阵这个工具的基本使用方法,会用这个工具解决一些基本的、简单的数学问题. 至于如何从实际问题中抽象出线性问题,那就属于数学建模课程的问题了. 不过,我们也会在课程中简单介绍一些线性代数在实际问题中的应用实例. 简单总结一下:线性代数是一种解决实际问题的数学工具. 这种工具主要用来解决线性问题,但也可以解决其他各种高深的问题,如沃纳·卡尔·海森堡(Werner Karl Heisenberg,1901—1976)在1925年首先提出了量子力学的矩阵表示形式(比著名的薛定谔的波动方程早一点点还要早呀!). 不过,必须要指出的是:海森堡博士可是没学过线性代数的,他完全是从物理学角度建立了一条数学符号体系,而这套体系的基础恰恰是矩阵——线性代数的主要部分.

图片

沃纳·卡尔·海森堡

就像瑞士军刀一样,线性代数这个工具虽然入门简单,但也有很多巧妙的、高深的用法,需要大家自己体会。

正所谓:

“经纪天地,错综人术,妙不可尽之于言,事不可穷之于笔”

—— 魏晋·郭璞 《江赋》

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多