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为什么矩阵的秩,什么是矩阵的秩?它的意义何在

时间:2023-05-05 21:10:52 阅读:36392 作者:4131

作者@Heshawn,点击关注,转载需要许可证。

利益相关:认识《线性代数》系列现场主讲人

小时候,老师总是告诉我们“确定解n个未知数需要n个方程”这个词其实并不严格。 要想确定地求解n个未知数,只有n个方程是不够的,这个n方程必须还是“干的”。 从这个观点来看,初学者可以更好地理解“排队的排名”。 其实,《线性代数》这门课从一开始就在两条基本线索上交叉贯通——,可以说是这门课最关心的两大基本问题; 深入研究这两个问题后,发现两者在一个节点上统一的——这两个问题之一就是形象塑造。

对这类n元一次方程的「解法」,及其解进行了如下研究。

1 .面对具体问题时,一般我们首先关注这个问题。 “有答案吗?”——这是「解的存在性」

2 .如果对正在研究的问题有答案,更关心这个问题的“答案是否是一个”。 ——这就是所谓的「解的唯一性」

3 .如果我们对上述两个问题的回答是,答案是唯一存在的,那么接下来我们想知道是否有统一的方法来找到这个解,如果我们的回答是“答案存在但不是唯一的”,我们就会说“可以找到所有的答案” 并想研究该问题不同答案之间的相互关系——,即线性方程「解的结构」

当然,小时候老师教我们“要解开确定地*个未知数,必须有n个方程”。 ——这个词其实不严密。 要想正确地求解n个未知数,只有n个方程式是不够的。 这个n方程都必须是“干货”。 这些干货的个数是所谓的“

*如果用精确的数学语言替换,则“确保求解方程”表示为“求解方程并要求结果唯一”。 也就是说,矩阵的秩回答了“方程解的唯一性”。

也就是说,有些方程看起来有很多内容,但实际上,在严重注水的——个方程中,可能有完全没有用的方程。 例如,以下示例:

将第一个方程的-1、-4、-2倍分别添加到下一个方程中,可以得到:

这个步骤去除后三式中包含的和项,继续。 将第二方程式的-3倍和1倍分别添加到第三、第四方程式中。

注意:后两个方程“0=0”实际上没有告诉我们任何新的信息,这实际上这两个方程完全没用!换言之, 整个方程组真正「有价值的」部分只有两个:

根据中学数学的观点,老师经常告诉我们,四个未知数,两个方程,解不开的——是不严格的说法。 中学老师真正希望教的是方程的个数低于未知量个数时,这个线性方程组 是没有唯一解的——换言之,这个方程组有无穷多个解。

这里有一个很自然的问题:

为了确保剩下的方程式都“有价值”,应该去掉哪个方程式呢? 这个问题其实是线性代数特别关心的话题,回答这个问题有助于我们非常恰当地化简单的方程式。

要回答这个问题,请访问极大线性无关组

在澄清这个概念之前,我们需要知道什么是“线性关系”。

线性相关与线性无关

以上面的方程式为例。 观察该方程式前两个方程式的系数和常数项构成的行向量,结果如下。

另一方面,关于“矩阵秩”的定义是矩阵中所有行向量中极大线性世代无关组的元素数。

正如上文提到的——,“极大线性无关组”实际上是对应于该方程中真正有价值的方程的系数向量。

我相信现在你一定听懂了我们的第一句话。 这些方程中真正干的方程的个数是这个方程组与矩阵对应的秩。

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