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我们来学习矩阵向量乘法的列向量视角。给定矩阵A和向量x,矩阵A可以分解为两个列向量a1和a2。a1是第一列,包含元素2、2、3;a2是第二列,包含元素3、4、7。在几何上,这些列向量可以表示为从原点出发的箭头。
现在演示列向量数乘运算。第一步,标量x1与列向量a1相乘,结果是a1的每个分量都乘以x1。在几何上,这相当于将向量a1按x1的倍数进行缩放。第二步,标量x2与列向量a2相乘,同样是a2的每个分量都乘以x2,几何上表现为向量a2的缩放。我们可以看到,当标量改变时,向量的长度会相应变化,但方向保持不变。
现在演示向量相加的过程。我们将前面得到的x1乘以a1和x2乘以a2这两个向量进行相加。在几何上,向量相加遵循平行四边形法则:将第二个向量x2a2平移到第一个向量x1a1的末端,然后从原点到平移后向量的末端画一条新向量,这就是两向量相加的结果。最终得到的紫色向量就是矩阵向量乘法Ax的几何表示,它等于列向量的线性组合。
现在我们揭示矩阵向量乘法的本质。矩阵A乘以向量x,实际上等于x1乘以第一个列向量a1,加上x2乘以第二个列向量a2。这就是线性组合的定义。在几何上,我们可以看到原始的列向量a1和a2,经过标量乘法后得到x1a1和x2a2,然后通过向量加法得到最终结果。这个紫色的结果向量就是两个列向量的线性组合,这正是矩阵向量乘法的几何本质。
让我们总结矩阵向量乘法的核心知识。矩阵向量乘法本质上就是列向量的线性组合,包含两个基本步骤:第一步是列向量与标量相乘,第二步是将得到的向量相加。这个过程体现了线性代数的基本思想,将复杂的矩阵运算转化为直观的几何操作。掌握这个概念对理解线性代数的其他内容非常重要。