1.线性相关

对于向量$α_1,α_2,…,α_n$存在一组不全为0的实数$k_1、k_2、…、k_n$,使得:$k_1·α_1+k_2·α_2+…k_n·α_n=0$成立,那么就说$α_1,α_2,…,α_n$线性相关,反之,则为线性无关。

==注意:含有0向量得向量集合中的向量必定线性相关。==

试着回忆这句话:n+1个n维列向量必定线性相关

可以从简单的例子着手:

二维空间$R^2$中三个向量必定线性相关,为什么?

  1. 如果三者共线,则不证自明;

  2. 如果三者不共线,如下图:

image.png

$a、b、c$三个向量如何,均能够通过数乘运算构成一个封闭三角形,即:

$$k_1\vec{a}+k_2\vec{b}+k_3\vec{c}=0$$

所以二维空间中三个向量必定线性相关得证。

换个角度:

空间的维度代表方程中未知数的个数,向量的个数代表方程的个数,根据秩中所讲的:对于方程Ax = b,当未知量的个数大于方程的个数的时候,对于任意的b方程均有无穷多解。

2.基向量

基向量用来刻画向量空间,或者说生成向量空间,列空间由极大线性无关的列向量构成。

直观理解:

如果要构建三维空间$R^3$,至少需要三个线性无关的列向量,而能够构成$R^3$的列向量就属于一组基向量。

image.png 同样地,如果要在$R^3$空间当中刻画子空间$R^2$(过原点的平面)只需要两个列向量即可。

image.png

需要注意的是:构成空间的向量数量不多不少刚刚好的向量才能被称为基向量,如何理解?

对于$R^2$,两个列向量通过加乘运算就已经能够表示平面中所有的向量了,如果再多一个也是冗余的,但再少一个就没有办法表示所有向量了。

3.维数

维数理解不难,所以这里简单一点:

(列空间)维数指的是一组向量中最大线性无关组的个数。

秩、基向量、空间维数之间的关系

  • 矩阵的秩 $\Leftrightarrow$ 矩阵主元个数(矩阵主列个数) $\Leftrightarrow$ 基向量个数 $\Leftrightarrow$ (子)列空间维数

  • Ax = b方程中自由变量个数$(n-r)$ $\Leftrightarrow$ 零空间的维数