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向量空間與子空間,溫和入門

向量總得住在某處——那個場所就是 [[vector-space|向量空間]]:任何一個相加與縮放都不會把你甩出去的集合。認識經過原點的 [[subspace|子空間]],看到多項式也算向量,並對 [[dimension|維度]] 有初步的感覺。

向量棲身的場所

向量空間 就是你所處理的全部向量構成的遊樂場,再配上你已經熟悉的那兩招。讓它成為*空間*的唯一規則:它必須對相加與縮放封閉。把裡面任意幾個向量組合起來,結果仍在裡面——你絕不會一不小心掉出去。

子空間:空間裡的房間

子空間 是坐落在更大空間裡的一個更小的向量空間——就像房間裡的一張平面薄片。關鍵在於:它必須經過原點,因為把任何向量乘以 0 都會落到 (0, 0),而一個封閉的空間必須包含這個點。經過原點的直線或平面是子空間;錯過原點的則不是。

line through origin:  all multiples of (2, 1)  -> subspace
line NOT through origin: points (2t, 1t + 5)   -> NOT a subspace
一旦錯過原點,「封閉」規則就被打破。

你其實早已見過子空間,只是沒叫出名字:任何一組向量經過原點的 張成 永遠是一個子空間。所以「張成」與「子空間」是同一塊平直、規矩形狀的兩種看法。

不是箭頭的向量

下面這個驚喜,正是這門學科威力之所在:凡是你能合理地相加與縮放的東西,都是向量。多項式合格——把 2x + 1 與 3x + 4 相加得到 5x + 5,乘以 2 得到 4x + 2。聲波和函數也合格。箭頭從來都只是一幅有用的圖像罷了。

向維度溫和地點頭

一個空間有多大?維度 數的是:你真正需要多少個獨立方向,才能到達其中的一切。一條線是一維,一張平面是二維,你周圍的房間是三維。我們稍後會把它講精確——眼下,只把它當作「你究竟有多少個真正的選擇」來聽就好。

*獨立*這個詞,正指向你上一篇見過的冗餘。剝去每一個冗餘方向,數一數剩下的,你就得到維度。它正是通往這條階梯下一級的完美橋樑。