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向量空间与子空间,温和入门

向量总得住在某处——那个场所就是 [[vector-space|向量空间]]:任何一个相加与缩放都不会把你甩出去的集合。认识经过原点的 [[subspace|子空间]],看到多项式也算向量,并对 [[dimension|维度]] 有初步的感觉。

向量栖身的场所

向量空间 就是你所处理的全部向量构成的游乐场,再配上你已经熟悉的那两招。让它成为*空间*的唯一规则:它必须对相加与缩放封闭。把里面任意几个向量组合起来,结果仍在里面——你绝不会一不小心掉出去。

子空间:空间里的房间

子空间 是坐落在更大空间里的一个更小的向量空间——就像房间里的一张平面薄片。关键在于:它必须经过原点,因为把任何向量乘以 0 都会落到 (0, 0),而一个封闭的空间必须包含这个点。经过原点的直线或平面是子空间;错过原点的则不是。

line through origin:  all multiples of (2, 1)  -> subspace
line NOT through origin: points (2t, 1t + 5)   -> NOT a subspace
一旦错过原点,“封闭”规则就被打破。

你其实早已见过子空间,只是没叫出名字:任何一组向量经过原点的 张成 永远是一个子空间。所以“张成”与“子空间”是同一块平直、规矩形状的两种看法。

不是箭头的向量

下面这个惊喜,正是这门学科威力之所在:凡是你能合理地相加与缩放的东西,都是向量。多项式合格——把 2x + 1 与 3x + 4 相加得到 5x + 5,乘以 2 得到 4x + 2。声波和函数也合格。箭头从来都只是一幅有用的图像罢了。

向维度温和地点头

一个空间有多大?维度 数的是:你真正需要多少个独立方向,才能到达其中的一切。一条线是一维,一张平面是二维,你周围的房间是三维。我们稍后会把它讲精确——眼下,只把它当作“你究竟有多少个真正的选择”来听就好。

*独立*这个词,正指向你上一篇见过的冗余。剥去每一个冗余方向,数一数剩下的,你就得到维度。它正是通往这条阶梯下一级的完美桥梁。