线性代数与空间解析几何是数学中的基础分支,它主要研究向量、矩阵、线性变换以及在多维空间中的几何性质。哈工大的PPT学习教案详细介绍了这一领域的一些核心概念,以下是对其中部分知识点的详细阐述:
1. **向量**:向量是有大小(模)和方向的量,通常用有向线段来表示。向量的长度代表模,简头表示方向。例如,记为**AB**或**a**。
2. **模**:向量的大小,记作**|a|**,且**|a| ≥ 0**。向量**a**的模等于起点到终点的距离。
3. **单位向量**:模为1的向量,表示比例因子。不同方向上有不同的单位向量,例如**i, j, k**在三维空间中分别代表沿x, y, z轴的方向单位向量。
4. **0向量**:模为0的向量,没有确定的方向,可视为任何方向。
5. **负向量**:大小与原向量相等,但方向相反。
6. **自由向量**:与起点无关,可以平移。研究中的向量通常被视为自由向量,因此任意两个向量都共面。
**向量的线性运算**包括加法和数乘向量:
7. **加法运算**:
- 平行四边形法则:向量**a**和**b**的和**a + b**,可以通过将它们的始点放在同一位置,然后连接对应终点形成平行四边形的对角线来得到。
- 三角形法则:将向量**b**的起点与**a**的终点重合,形成的向量**a + b**是这两个向量的和。
- 运算法则:加法具有交换律(**a + b = b + a**)、结合律(**a + (b + c) = (a + b) + c**)、零向量的加法(**0 + a = a + 0 = a**)以及减法(**a - b = a + (-b)**)。
8. **数乘向量**:
- 定义:实数**k**与向量**a**的乘积**ka**是一个模为**|k||a|**的向量,方向与**a**同向(当**k > 0**)或反向(当**k < 0**)。
- 运算法则:数乘具有分配律(**k(a + b) = ka + kb**)、数乘零向量(**0a = 0**)、数乘单位向量(**ka = a**,如果**k ≠ 0**)。
这些基本概念构成了线性代数的基础,它们在解决多元方程组、研究几何形状、处理物理问题以及在计算机图形学等领域都有着广泛的应用。通过深入理解和掌握这些概念,能够更好地理解和运用线性代数。