• 几何角度理解线性代数(3):点积与叉积


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    Take Home Message

    对偶性:

    • 每当你看到多维空间到数轴的线性变换时,其都会与空间中的某一个向量对应,也就是说,应用线性变换,与直接与该向量点乘是一码事。
      而这个向量,就叫做该变换的对偶向量。
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    • 叉乘

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    点积

    点积的标准观点

    数值计算方式:
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    几何含义:
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    线性变换的角度看点积

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    其他

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    叉积

    叉积的标准观点

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    叉积的顺序不可交换
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    不严谨的二维叉积的计算方式:
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    严格的叉积定义是,两个三维向量产生新的三维向量:
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    从线性变换的角度看叉积

    从多维空间变换到一维空间的过程中,可以找到一个向量使得整个变换可以看作与这个特定向量的点积。也即对偶性质。

    那么,我们定义这样的寻找计划:
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    回顾一下二维情况下不严谨的叉积计算:
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    很自然的,如果我们想要外推到三维情况下,就会这么想(先声明这是不对的):

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    但显然,这是不对的,因为这并不是三维的叉积,三维的叉积只会输入两个向量,而输出一个向量。然而,我们借助这种直观但错误的想法,不妨将 u ⃗ \vec{u} u 看作可变向量,进而收获一个函数(注意,这是理解叉积的关键):

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    我们知道,这个函数是线性的,也就是说,我们可以找到一个向量 p ⃗ \vec{p} p 使得 p ⃗ \vec{p} p 与其他任何一个向量的点积等于一个3×3矩阵的行列式
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    我们现在考虑计算过程:

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    将上式进行整理,可以得到:
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    只是我们可以发现该过程跟直接加上 i ^ \hat{i} i^ j ^ \hat{j} j^ k ^ \hat{k} k^并无区别:
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    再考虑几何过程。
    我们首先定义一个三维空间到数轴的线性变换,且该变换由 v ⃗ \vec{v} v w ⃗ \vec{w} w 来定义,此时,我们可以找到一个对偶向量,使得应用该变换与直接与对偶向量形成等价关系。
    在几何角度上,我们可以认为这个对偶向量,一定与 v ⃗ \vec{v} v w ⃗ \vec{w} w 垂直,且长度与这两个向量张成的平行四边形的面积相同。
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    为什么呢?

    因为,我们可以知道等式右边的行列式就代表着平行六边形的体积,而点积代表着投影长度与向量长度的乘积,那要等式成立,要找的对偶向量就应该是长度为平行四边形的面积,且方向垂直于平行四边形。

    我们之前通过数值方式所找到的向量 p ⃗ \vec{p} p 与几何角度上找到的向量是完全一致的。
    至此,我们就完成了对偶向量 p ⃗ \vec{p} p 的寻找。

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/flow_specter/article/details/126570142