线性代数的发展及

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线性代数的应用与发展

线性代数的应用与发展

线性代数的应用与发展

线性代数是数学的一个重要分支,它广泛应用于物理、工程学、计算机科学等各个领域。它的应用范围越来越广泛,同时也在不

断的发展中。本文将主要介绍一些线性代数的应用和近年来的发展。

一、机器学习

机器学习是近年来颇为热门的一个领域,而线性代数则是机器

学习中不可或缺的基础。机器学习通常需要处理大量的数据,而

线性代数提供了处理高维数据的方法。比如,在监督学习中,训

练数据通常表示为一个矩阵,而线性代数提供了各种矩阵操作,

如矩阵乘法、矩阵求逆、矩阵转置等,这些操作在机器学习中都

扮演着重要的角色。

二、信号处理

信号处理是一种将信号转换为有用信息的技术,它涉及到许多

线性代数的概念和方法。在信号处理中,缺的概念有:向量、矩阵、线性变换等。例如,在数字信号处理中,经常需要对信号进

行傅里叶变换,而傅里叶变换本身就是一种线性变换,可以用矩

阵来表示。除此之外,线性代数还提供了许多其他的工具,如奇

异值分解、广义逆运算等,用于解决信号处理过程中遇到的各种

问题。

三、控制工程

控制工程是一种设计和分析控制系统的学科,同样也需要广泛

使用线性代数的知识。在控制系统设计中,通常需要建立一个数

学模型来描述被控对象的行为,这个模型通常是由微分方程或差

分方程组成的,其中线性方程组就是一个重要的例子。通过使用

线性代数的理论,可以对这些方程进行求解和分析,得到控制系

统的稳定性、性能等相关指标。

四、应用举例

除了上述三个领域之外,线性代数在各个领域都有广泛的应用。例如,在计算机图形学中,线性代数用于描述和操作3D物体的变换。又如,在金融学中,线性代数用于建立投资组合模型,分析

线性代数的历史里程碑

线性代数的历史里程碑

线性代数的历史里程碑

线性代数是数学的一个重要分支,它研究了线性方程组、向量空间

和线性映射等基本概念,具有广泛的应用。本文将重点回顾线性代数

的历史里程碑,介绍了几个具有重大意义的事件和突破。

1. 古希腊时期:线性方程组的发展

古希腊数学家克拉美(Cramer)在18世纪提出了Cramer's Rule,

他通过研究线性方程组的解,发现了一种可以推导出方程组解的方法。这一重要的发现为线性方程组的求解提供了理论基础,并为线性代数

的发展奠定了坚实的基础。

2. 17世纪:高斯消元法的提出

高斯是线性代数史上的一个重要人物,他在17世纪提出了高斯消

元法。通过对线性方程组进行行变换,高斯消元法能够将方程组化为

简化的行阶梯形式,从而更容易求解。高斯消元法的出现使得线性方

程组的解法更加简单和直观,极大地推动了线性代数的发展。

3. 19世纪:向量空间的提出

向量空间是线性代数中一个重要的概念,它由德国数学家Grassmann在19世纪首次提出。Grassmann通过对向量的研究,发现了一种新的数学结构,将多维空间中的向量和运算规则进行了抽象和概括。向量空间的出现使得线性代数的研究更加具有一般性和抽象性,

为后来的理论建立提供了坚实的基础。

4. 20世纪:矩阵理论的兴起

20世纪是线性代数发展的关键时期,矩阵理论作为线性代数的一个重要分支逐渐兴起。矩阵是线性代数中的一种特殊形式,通过研究矩阵的性质和运算规则,人们可以更加方便地应用线性代数的方法解决实际问题。矩阵理论的兴起为线性代数的应用提供了强大的工具和方法,极大地拓展了线性代数的领域。

线性代数的发展及

线性代数的发展及

矩阵论始于凯莱,在十九世纪下半叶, 因若当的工作而达到了它的顶点。1888年, 皮亚诺以公理的方式定义了有限维或无限 维线性空间。托普利茨将线性代数的主要 定理推广到任意体(domain)上的最一般 的向量空间中。线性映射的概念在大多数 情况下能够摆脱矩阵计算而不依赖于基的 选择。
线性代数的初等部分的形成和发展
1772年,范德蒙(Vander monde)把行列式脱离 开线性方程组作为一个独立的理论研究。给出
行列式的定义与确立符号的法则,被认为是行 列式理论的奠基人。
1812年,柯西(Cauchy)首先采取“行列式 ”(Determinant)这一名称。他还于1815年把行列 式的元素记为aij,带双重足码。他的著作给出 行列式第一个系统的也几乎是近代的处理,其 中一个主要结果之一是行列式的乘法规则。
其三,线性代数所体现的几何观念与
代数方法之间的联系,从具体概念抽象出 来的公理化方法以及严谨的逻辑推证、巧 妙的归纳综合等,对于强化人们的数学训 练,增益科学智能是非常有用的。
线性代数在生活中的应用
一、在电子、软件工程中的应用
由于线性代数是研究线性网络的主要工具, 因此,电路分析、线性信号系统分析、数字滤 波器分析设计等需要线代;在进行IC集成电路 设计时,对付数百万个集体管的仿真软件也需 要依赖线性方程组的方法;对于光电及射频工 程,电磁场、光波导分析都是向量场的分析, 比如光调制器分析研制需要张量矩阵,手机信 号处理等等也离不开矩阵运算。

线性代数发展简介

线性代数发展简介

1772 年,法国数学家拉普拉斯 证明了范德蒙德提出的一些规则 推广了范德蒙德展开行列式的方法 1815 年,法国数学家柯西 第一个系统的几乎是近代的处理 乘法定理, 方阵, 双足标记法 改进了拉普拉斯的行列式展开定理并给出 了一个证明
“矩阵”这个词是由西尔维斯特首先使用的 他是为了将数字的矩形阵列区别于行列式 而发明了这个述语。
❖ Born: 5 Aug 1802 in Frindoe (near Stavanger), Norway
❖ Died: 6 April 1829 in Froland, Norway
Archimedes of Syracuse
• Born: 287 BC in Syracuse, Sicily • Died: 212 BC in Syracuse, Sicily
18世纪下半叶,法国数学家贝祖 对线性方程组理论进行了一系列研究 证明了n元齐次线性方程组有非零解的条件 是系数行列式等于零
19世纪,英国数学家史密斯和道奇森 前者引进了方程组的增广矩阵的概念 后者证明了n个未知数m个方程的方程组相 容的充要条件是系数矩阵和增广矩阵的秩相 同
古希腊的亚里士多德已经知道力可以表示成向量, 二力合成的平行四边形法则。
法国数学家范德蒙德
(Alexandre-Théophile Vandermonde, 1735.2.28-1796.1.1) 对行列式理论做出连贯的逻辑的阐述 把行列式理论与线性方程组求解相分离 给出了用余子式来展开行列式的法则 自幼在父亲的指导下学习音乐 但对数学有浓厚的兴趣 后来终于成为法兰西科学院院士

线性代数发展简介

线性代数发展简介
线性代数发展简介
线性方程组
公元前1世纪,《九章算术》 初等行变换, 相当于高斯消元法。 • 17 世纪后期, 德国数学家莱布尼茨 曾研究含两个未知量三个方程的线性组 • 18 世纪上半叶, 英国数学家麦克劳林 具有二、三、四个未知量的线性方程组 得到了现在称为克莱姆法则的结果 • 克莱姆不久也发表了这个法则
的二次型问题 证明了特征方程在直角坐标系的任何变换
下不变性 后来,他又证明了n个变数的两个二次型
能用同一个线性变换同时化成平方和
线性代数发展简介
二次型
1851 年,英国数学家西尔维斯特 在研究二次曲线和二次曲面的切触和相交 时需要考虑这种二次曲线和二次曲面束的 分类 在他的分类方法中他引进了初等因子和不 变因子的概念 但他没有证明“不变因子组成两个二次型 的不变量的完全集”这一结论
• Born: 287 BC in Syracuse, Sicily • Died: 212 BC in Syracuse, Sicily
群论
如今, 群论不但渗透到诸如几何学、代数拓 扑学、函数论、泛函分析及其他许多数学 分支中而起着重要的作用,还形成了一些 新学科如拓扑群、李群、代数群等,它们 还具有与群结构相联系的其他结构,如拓 扑、解析流形、代数簇等,并在结晶学、 理论物理、量子化学以及编码学、自动机 理论等方面,都有重要作用。
线性代数发展简介

线性代数发展及应用

线性代数发展及应用

线性代数发展及应用

线性代数是数学的一个分支,研究向量空间及其上的线性变换。它的发展可以追溯到18世纪,当时欧拉和拉格朗日等数学家开始研究线性方程组的解法。随着时间的推移,线性代数逐渐发展成为一门独立的学科,并在各个领域中得到广泛应用。

线性代数的发展可以分为几个重要阶段。首先是线性方程组的研究,这是线性代数的基础。欧拉和拉格朗日等数学家研究了线性方程组的解法,提出了高斯消元法等方法。这些方法为后来的线性代数理论奠定了基础。

接着是向量空间的研究。19世纪末,赫尔维茨提出了向量空间的概念,并研究了向量空间的性质和结构。他的工作为线性代数的发展奠定了基础,并成为后来的线性代数理论的重要组成部分。

20世纪初,线性代数的发展进入了一个新的阶段。矩阵论的出现使得线性代数的研究更加系统和完整。矩阵论研究了矩阵的性质和运算规律,为线性代数提供了更加严密的数学基础。同时,线性代数的应用也得到了广泛发展,如在物理学、工程学、计算机科学等领域中得到了广泛应用。

线性代数的应用非常广泛。首先,在物理学中,线性代数被广泛应用于描述物理系统的运动和变化。例如,量子力学中的波函数可以用向量表示,线性代数的方法可以用来求解波函数的演化和测量结果的概率。

其次,在工程学中,线性代数被广泛应用于信号处理、控制系统和电路设计等领域。例如,在信号处理中,线性代数的方法可以用来分析和处理信号,如滤波、降噪等。在控制系统中,线性代数的方法可以用来建立系统的数学模型,并设计控制器来实现系统的稳定性和性能要求。

此外,在计算机科学中,线性代数被广泛应用于图形学、机器学习和数据分析等领域。例如,在图形学中,线性代数的方法可以用来描述和变换三维空间中的图形对象,如旋转、缩放和投影等。在机器学习中,线性代数的方法可以用来建立和求解线性回归、主成分分析等模型,从而实现数据的分类和预测。

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数的发展可以追溯到古希腊时期,当时古希腊数学家们就开始研究线性方程组的解法,其中最著名的是欧几里得算法,由他提出了解决线性方程组的有效方法。

随后,17世纪,法国数学家雅克·德·拉斐尔(Jacques de Laplace)发现了矩阵的性质,他发现矩阵可以用来描述线性方程组的解法,并且提出了特征值和特征向量的概念,从而开辟了线性代数的新天地。

19世纪,英国数学家詹姆斯·威尔逊(James Williamson)发现了矩阵的可逆性,他发现可以使用矩阵来求解线性方程组,而不需要使用欧几里得算法。

20世纪,美国数学家艾伦·克莱因(Alan Cayley)提出了矩阵的乘法,他发现可以使用矩阵乘法来求解线性方程组,从而使线性代数变得更加强大。

现在,线性代数已经成为数学的一个重要分支,它在许多领域都有着重要的应用,比如机器学习、统计学、计算机科学等等,都离不开线性代数的支持。

线性代数

线性代数

线性代数

一、线性代数的形成和发展历史

在代数学发展的第二个时期,即在19世纪时,线性代数就获得了光辉的成就。

线性代数内容广泛,而行列式、矩阵、线性方程组等只是线性代数的初等部分,线性代数还有更深入的内容,如线性空间、欧式空间、酉空间、线性变换和线性函数、 -矩阵、矩阵的特征值等等以及与其相关联的一系列理论。有材料说,在代数学的所有分支中,线性代数的这些理论按其应用的重要性和广泛性来说,是第一位的,很难指出数学、理论力学、理论物理等学科中有不用到线性代数的结果和方法的。例如,线性代数对于泛函分析的发展就有着决定性的影响。

下面着重对线性代数的初等部分的形成和发展简述如下:

1.行列式

最早引入行列式概念的,是十七世纪的日本的数学奠基人关孝和。他1383年著《解优题之法》一书,对行列式及其展已经有了清楚的叙述。但是在公元一世纪(东汉初年)。中国古算术《九章算术》中已有用矩阵(当时称为“方程”)的初等变换来解线性方程组的内容了。关孝和的思想的产生,大概多受惠于中国而非西方的影响。

1693年,莱不尼兹用指标数的子统集合表示含两个未知量和三个线性方程组所组成的系统,他从三个方程的系数中消去两个未知量,得到一个行列式,就是现在所称的方程组的法式。

用行列式去解含二、三、四个未知量的方程组,可能在1729年由马克劳林所首创,且于1748年发表在他的遗作《代数绝著》中,其法则基本就是现在所使用的法则。瑞士数学家克莱姆(Cramer)于1750年把马克劳林的法则发表在他的《线性代数分析导言》中,这就是现在所谓的克莱姆法则。

线性代数的起源、发展及其应用

线性代数的起源、发展及其应用

线性代数的起源、发展及其应用

针对学生在学习线性代数过程中存在的问题进行分析研究,重点介绍线性代数的起源、发展,并通过介绍线性代数在保密通讯中的应用,使学生了解学习线性代数的意义及其应用。

线性代数是高等代数的一个重要分支,是研究线性问题的代数理论。线性代数主要研究行列式、矩阵、线性方程组、线性空间以及线性变换等内容。但是,这些内容之间有什么联系以及学习线性代数有什么意义,大部分学生都不是很清楚。很多自认为学的不错的学生也只能说:“书上就是这么规定的,只需要会用就好”。但是他们真的会用吗?他们的“会用”其实是会根据书本上的定理、结论去证明相关的理论问题,然而在实际生活生产中的应用,他们真的知道吗?像教科书上那样,用事先规定好的数学定理去证明数学问题,最后培养出来的学生,只能熟练地使用数学工具,缺乏真正意义上的理解。我们的数学教学不应该只是教学生如何做题,而应该培养学生学习数学的兴趣,更加关注数学的应用性。

在与同行的交流探讨中,作者发现,有一部分教师对线性代数的把握也只是停留在课本上的知识,对于线性代数的起源、发展等了解的不是很多。于是就形成了教师只讲课本上的知识,学生也只学会了课本上的知识,根本无人关心线性代数这一学科的最新发展及其在科学技术领悟的应用!长此以往,线性代数便成了一门枯燥乏味、脱离实际应用的理论课程。更由于其概念多,逻辑性强,慢慢就成了大部分学生所说的“天书”。

针对这些问题,下面重点介绍了线性代数起源、发展以及相关应用等几个方面。

1 线性代数的起源及发展

线性代数主要是研究代数学中具有线性关系的问题,而线性问题广泛地存在于科学技术的各个领域。在日常生活生产中,一些非线性问题在一定条件下,可以近似地转化为线性问题,因此线性代数已经成为科学研究和工程应用中必不可少的工具。

线性代数发展简史论文范文

线性代数发展简史论文范文

华北水利水电学院

线性代数发展简史

课程名称:线性代数

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2011年11月 6 日

摘要:代数学可以笼统地解释为关于字母运算的学科。线性代数是高等代数的一大分支,是研究如何求解线性方程组而发展起来的。线性代数的主要内容有行列式、矩阵、向量、线性方程组、线性空间、线性变换、欧氏空间和二次型等。

关键词:高等代数行列式矩阵向量

线性代数发展简史

1 代数学可以笼统地解释为关于字母运算的学科。在中学所学的初等代数中,字母仅用来表示数。初等代数从最简单的一元一次方程开始,一方面进而讨论二元及三元的一次方程组,另一方面研究二次以上及可以转化为二次的方程组。沿着这两个方向继续发展,代数学在讨论任意多个未知数的一次方程组,也叫线性方程组的同时,还研究次数更高的一元方程及多元方程组。发展到这个阶段,就叫做高等代数。

线性代数是高等代数的一大分支,是研究如何求解线性方程组而发展起来的。线性代数的主要内容有行列式、矩阵、向量、线性方程组、线性空间、线性变换、欧氏空间和二次型等。在线性代数中,字母的含义也推广了,它不仅用来表示数,也可以表示行列式、矩阵、向量等代数量。笼统地说,线性代数是研究具有线性关系的代数量的一门学科。线性代数不仅在内容上,更重要的是在观点和方法上比初等代数有很大提高。

在线性代数中最重要的内容就是行列式和矩阵。虽然表面上看,行列式和矩阵不过是一种语言或速记,但从数学史上来看,优良的数学符号和生动的概念是数学思想产生的动力和钥匙。

行列式出现于线性方程组的求解。行列式的概念最早是由十七世纪日本数学家关孝和提出来的,他在1683年写了一部叫做《解伏题之法》的著作,标题的意思是“解行列式问题的方法”,书里对行列式的概念和它的展开已经有了清楚的叙述。欧洲第一个提出行列式概念的是德国的数学家、微积分学奠基人之一莱布尼兹(Leibnitz)。1750年克莱姆(Cramer)在他的《线性代数分析导言》中发表了求解线性方程组的重要基本公式(即人们熟悉的Cramer 克莱姆法则)。1764年,法国数学家贝佐特(Bezout)把确定行列式每一项的符号的

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数发展史

由于研究关联着多个因素的量所引起的问题,则需要考察多元函数。如果所研究的关联性是线性的,那么称这个问题为线性问题。历史上线性代数的第一个问题是关于解线性方程组的问题,而线性方程组理论的发展又促成了作为工具的矩阵论和行列式理论的创立与发展,这些内容已成为我们线性代数教材的主要部分。最初的线性方程组问题大都是来源于生活实践,正是实际问题刺激了线性代数这一学科的诞生与发展。另外,近现代数学分析与几何学等数学分支的要求也促使了线性代数的进一步发展。

行列式

行列式出现于线性方程组的求解,它最早是一种速记的表达式,现在已经是数学中一种非常有用的工具。行列式是由和日本数学家发明的。1693 年4 月,莱布尼茨在写给洛比达的一封信中使用并给出了行列式,并给出方程组的系数行列式为零的条件。同时代的日本数学家关孝和在其著作《解伏题元法》中也提出了行列式的概念与算法。

1750 年,瑞士数学家(G.Cramer,1704-1752) 在其著作《线性代数分析导引》中,对行列式的定义和展开法则给出了比较完整、明确的阐述,并给出了现在我们所称的解线性方程组的克莱姆法则。稍后,数学家贝祖(E.Bezout,1730-1783) 将确定行列式每一项符号的方法进行了系统化,利用系数行列式概念指出了如何判断一个齐次线性方程组有非零解。

总之,在很长一段时间内,行列式只是作为解线性方程组的一种工具使用,并没有人意识到它可以独立于线性方程组之外,单独形成一门理论加以研究。

在行列式的发展史上,第一个对行列式理论做出连贯的逻辑的阐述,即把行列式理论与线性方程组求解相分离的人,是法国数学家范德蒙

代数的发展史

代数的发展史

代数的发展史

代数作为数学的一个分支,经历了漫长的发展过程,逐渐形成了今天我们所熟知的数学体系。下面将分别介绍代数的发展史中的几个主要阶段。

1.代数起源

代数的起源可以追溯到古代的算术和几何。在那个时期,人们已经开始使用字母来表示未知数和已知数,这种做法可以看作是代数的萌芽。随着时间的推移,人们开始尝试用符号表示运算,如加、减、乘、除等,从而形成了代数的初步概念。

2.古代代数

古代代数指的是文艺复兴以前的代数学。在这个时期,代数学的发展主要集中在解一次方程和二次方程的方法上。中国的《九章算术》和阿拉伯的《阿尔·芬格尼》等著作都包含了丰富的代数内容。这些古代代数的著作主要探讨的是线性方程和二次方程的求解,使用了符号化表示和运算。

3.现代代数

现代代数起源于19世纪末期,其标志是德国数学家域论的诞生。域论提出了代数结构的概念,将代数学从对数字和方程的研究扩展到了对更为抽象的代数结构的研究。这一阶段,代数学开始涉及到更高阶的群、环、模等抽象概念,为后续的代数学发展奠定了基础。

4.抽象代数

抽象代数是现代代数的一个分支,它运用抽象的方法研究代数的

结构和性质。在这个阶段,代数学开始深入研究群、环、域等抽象代数结构,发展出了丰富的理论体系。抽象代数的研究方法为后续的数学研究提供了新的思路和方法。

5.线性代数

线性代数是代数学的一个分支,主要研究线性方程组、向量空间等线性代数结构。它与矩阵、行列式等概念密切相关。线性代数的研究成果被广泛应用于物理、化学、工程等领域。在20世纪初期,线性代数的理论体系逐渐形成并逐渐发展完善。

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数的发展史

线性代数发展史

由于研究关联着多个因素的量所引起的问题;则需要考察多元函数..如果所研究的关联性是线性的;那么称这个问题为线性问题..历史上线性代数的第一个问题是关于解线性方程组的问题;而线性方程组理论的发展又促成了作为工具的矩阵论和行列式理论的创立与发展;这些内容已成为我们线性代数教材的主要部分..最初的线性方程组问题大都是来源于生活实践;正是实际问题刺激了线性代数这一学科的诞生与发展..另外;近现代数学分析与几何学等数学分支的要求也促使了线性代数的进一步发展..

矩阵和行列式

出现于线性方程组的求解;它最早是一种速记的表达式;现在已经是数学中

一种非常有用的工具..行列式是由和日本数学家发明的..1693年4月;莱布尼茨在写给洛比达的一封信中使用并给出了行列式;并给出方程组的系数行列式为零的条件..同时代的日本数学家关孝和在其着作解伏题元法中也提出了行列式的

概念与算法..

1750年;瑞士数学家G.Cramer;1704-1752在其着作线性代数分析导引中;对行列式的定义和展开法则给出了比较完整、明确的阐述;并给出了现在我们所称的解线性方程组的克莱姆法则..稍后;数学家贝祖E.Bezout;1730-1783将确定

行列式每一项符号的方法进行了系统化;利用系数行列式概念指出了如何判断一个齐次线性方程组有非零解..

总之;在很长一段时间内;行列式只是作为解线性方程组的一种工具使用;并没有人意识到它可以独立于线性方程组之外;单独形成一门理论加以研究..

在行列式的发展史上;第一个对行列式理论做出连贯的逻辑的阐述;即把行

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数的发展史

由于研究关联着多个因素的量所引起的问题,则需要考察多元函数。如果所研究的关联性是线性的,那么称这个问题为线性问题。历史上线性代数的第一个问题是关于解线性方程组的问题,而线性方程组理论的发展又促成了作为工具的矩阵论和行列式理论的创立与发展,这些内容已成为我们线性代数教材的主要部分。最初的线性方程组问题大都是来源于生活实践,正是实际问题刺激了线性代数这一学科的诞生与发展。另外,近现代数学分析与几何学等数学分支的要求也促使了线性代数的进一步发展。

矩阵和行列式

行列式出现于线性方程组的求解,它最早是一种速记的表达式,现在已经是数学中一种非常有用的工具。行列式是由莱布尼茨和日本数学家关孝和发明的。1693 年4 月,莱布尼茨在写给洛比达的一封信中使用并给出了行列式,并给出方程组的系数行列式为零的条件。同时代的日本数学家关孝和在其著作《解伏题元法》中也提出了行列式的概念与算法。

1750 年,瑞士数学家克莱姆 (G.Cramer,1704-1752) 在其著作《线性代数分析导引》中,对行列式的定义和展开法则给出了比较完整、明确的阐述,并给出了现在我们所称的解线性方程组的克莱姆法则。稍后,数学家贝祖(E.Bezout,1730-1783) 将确定行列式每一项符号的方法进行了系统化,利用系数行列式概念指出了如何判断一个齐次线性方程组有非零解。

总之,在很长一段时间内,行列式只是作为解线性方程组的一种工具使用,并没有人意识到它可以独立于线性方程组之外,单独形成一门理论加以研究。

在行列式的发展史上,第一个对行列式理论做出连贯的逻辑的阐述,即把行列式理论与线性方程组求解相分离的人,是法国数学家范德蒙(A-T.Vandermonde,1735-1796) 。范德蒙自幼在父亲的知道下学习音乐,但对数学有浓厚的兴趣,后来终于成为法兰西科学院院士。特别地,他给出了用二阶子式和它们的余子式来展开行列式的法则。就对行列式本身这一点来说,他是这门理论的奠基人。 1772 年,拉普拉斯在一篇论文中证明了范德蒙提出的一些规则,推广了他的展开行列式的方法。

线性代数的起源发展及其意义

线性代数的起源发展及其意义

线性代数的起源发展及其意义

线性代数是处理矩阵和向量空间的数学分支,在现代科学的各个领域都有应用。由于费马和笛卡尔的工作,线性代数基本上出现于十七世纪。直到十八世纪末,线性代数的领域还只限于平面与空间。十九世纪上半叶才完成了到n维向量空间的过渡,矩阵论始于凯莱,在十九世纪下半叶,因当时对其充分的研究和探索而使其达到了它的顶点。1888年,皮亚诺以公理的方式定义了有限维或无限维向量空间。托普利茨将线性代数的主要定理推广到任意体上的最一般的向量空间中。线性映射的概念在大多数情况下能够摆脱矩阵计算而引导到固有的推理,即是说不依赖于基的选择。不用交换体而用未必交换之体或环作为算子之定义域,这就引向模的概念,这一概念很显著地推广了向量空间的理论和重新整理了十九世纪所研究过的情况。

“代数”这一个词在中国出现较晚,在清代时才传入中国,当时被人们译成“阿尔热巴拉”,直到1859年,清代著名的数学家、翻译家李善男才将它翻译成为“代数学”,之后一直沿用。

线性代数是讨论矩阵理论、与矩阵结合的有限维向量空间及其线性变换理论的一门学科。

主要理论成熟于十九世纪,而第一块基石(二、三元线性方程组的解法)则早在两千年前出现。

线性代数在数学、物理学和技术学科中有各种重要应用,因而它在各种代数分支中占居首要地位

在计算机广泛应用的今天,计算机图形学、计算机辅助设计、密码学、虚拟现实等技术无不以线性代数为其理论和算法基础的一部

分;

该学科所体现的几何观念与代数方法之间的联系,从具体概念抽象出来的公理化方法以及严谨的逻辑推证、巧妙的归纳综合等,对于强化人们的数学训练,增益科学智能是非常有用的

线性代数发展史

线性代数发展史

线性代数发展史

由于研究关联着多个因素的量所引起的问题,则需要考察多元函数。如果所研究的关联性是线性的,那么称这个问题为线性问题。历史上线性代数的第一个问题是关于解线性方程组的问题,而线性方程组理论的发展又促成了作为工具的矩阵论和行列式理论的创立与发展,这些内容已成为我们线性代数教材的主要部分。最初的线性方程组问题大都是来源于生活实践,正是实际问题刺激了线性代数这一学科的诞生与发展。另外,近现代数学分析与几何学等数学分支的要求也促使了线性代数的进一步发展。

行列式

行列式出现于线性方程组的求解,它最早是一种速记的表达式,现在已经是数学中一种非常有用的工具。行列式是由和日本数学家发明的。1693 年4 月,莱布尼茨在写给洛比达的一封信中使用并给出了行列式,并给出方程组的系数行列式为零的条件。同时代的日本数学家关孝和在其著作《解伏题元法》中也提出了行列式的概念与算法。

1750 年,瑞士数学家(G.Cramer,1704-1752) 在其著作《线性代数分析导引》中,对行列式的定义和展开法则给出了比较完整、明确的阐述,并给出了现在我们所称的解线性方程组的克莱姆法则。稍后,数学家贝祖(E.Bezout,1730-1783) 将确定行列式每一项符号的方法进行了系统化,利用系数行列式概念指出了如何判断一个齐次线性方程组有非零解。

总之,在很长一段时间内,行列式只是作为解线性方程组的一种工具使用,并没有人意识到它可以独立于线性方程组之外,单独形成一门理论加以研究。

在行列式的发展史上,第一个对行列式理论做出连贯的逻辑的阐述,即把行列式理论与线性方程组求解相分离的人,是法国数学家范德蒙

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矩阵论始于凯莱,在十九世纪下半叶, 因若当的工作而达到了它的顶点。1888年, 皮亚诺以公理的方式定义了有限维或无限 维线性空间。托普利茨将线性代数的主要 定理推广到任意体(domain)上的最一般 的向量空间中。线性映射的概念在大多数 情况下能够摆脱矩阵计算而不依赖于基的 选择。
线性代数的初等部分的形成和发展
1772年,范德蒙(Vander monde)把行列式脱离 开线性方程组作为一个独立的理论研究。给出 行列式的定义与确立符号的法则,被认为是行 列式理论的奠基人。 1812年,柯西(Cauchy)首先采取“行列式 ”(Determinant)这一名称。他还于1815年把行 列式的元素记为aij,带双重足码。他的著作给 出行列式第一个系统的也几乎是近代的处理, 其中一个主要结果之一是行列式的乘法规则。
一、线性代数的发展
线性代数是代数的一个分支,主要处理 线性关系问题。线性代数作为一个独立的 分支在20世纪才形成,然而它的历史却非 常久远。最古老的线性问题是线性方程组 的解法,在中国古代的数学著作《九章算 术· 方程》章中,已经作了比较完整的叙述, 其中所述方法实质上相当于现代的对方程 组的增广矩阵的行施行初等变换,消去未 知量的方法
1879年,德著名数学家佛洛宾纽斯(1849- 1917)引进了矩阵的秩的概念。他还普遍证 明了Hamilton-Cayley定理,提出了最小多项 式的概念并研究了正交矩阵、λ-矩阵的不 变因子和初等因子的理论。 此后对行列式和矩阵的发展作出贡献的数学 家还有Kronecher、Dodgson和Hadaward等 人。
线性代数被广泛运用的原因
原因之一,大自然的许多现象恰好是线 性变化的。以物理学为例,整个物理世界 可以分为机械运动、电运动、还源自文库量子力 学的运动。
其二,随着科学的发展,我们不仅要研 究单个变量之间的关系,还要进一步研究 多个变量之间的关系,因为各种实际问题 在大多数情况下可以线性化,而科学研究 中的非线性模型通常也可以被近似为线性 模型,另外由于计算机的发展,线性化了 的问题又可以计算出来,所以,线性代数 因成为了解决这些问题的有力工具而被广 泛应用。
其三,线性代数所体现的几何观念与 代数方法之间的联系,从具体概念抽象出 来的公理化方法以及严谨的逻辑推证、巧 妙的归纳综合等,对于强化人们的数学训 练,增益科学智能是非常有用的。
线性代数在生活中的应用
一、在电子、软件工程中的应用 由于线性代数是研究线性网络的主要工具, 因此,电路分析、线性信号系统分析、数字滤 波器分析设计等需要线代;在进行IC集成电路 设计时,对付数百万个集体管的仿真软件也需 要依赖线性方程组的方法;对于光电及射频工 程,电磁场、光波导分析都是向量场的分析, 比如光调制器分析研制需要张量矩阵,手机信 号处理等等也离不开矩阵运算。
1849年,剀莱已经给出可逆方阵作成乘群的结论。 1850年,英数学家希尔维斯特(Sylevester)首先使用“ 矩阵”(Matrix)这个词。此后,矩阵理论得到迅速发 展,主要原因是由于有了行列式的成果作基础。对 此作出重大贡献的是希尔维斯特和剀莱,矩阵的很 多开创性工作都是他做出的。希尔维斯特1858年发 表了重要文章《矩阵的研究报告》,其中定义了矩 阵的相等、零矩阵、单位矩阵、矩阵运算、性质、 逆矩阵、转置矩阵性质以及特征矩阵和特种根等。 1870年,法约当(Jordan)给出矩阵的相似型,即现在 线性代数中所说的约当标准型。
现代意义的线性代数基本上出现 于十七世纪。直到十八世纪末,线 性代数的领域还只限于平面与空空 间。十九世纪上半叶才完成了到n维 线性空间的过渡。19世纪时,线性 代数就获得了光辉的成就。
随着研究线性方程组和变量的线性变换 问题的深入,行列式和矩阵在18~19世纪 期间先后产生,为处理线性问题提供了有 力的工具,从而推动了线性代数的发展。 向量概念的引入,形成了向量空间的概念。 凡是线性问题都可以用向量空间的观点加 以讨论。因此,向量空间及其线性变换, 以及与此相联系的矩阵理论,构成了线性 代数的中心内容。
二、线性代数的应用
线性代数在数学、物理学和技术学科中 有各种重要应用,因而它在各种代数分支 中占居首要地位。在计算机广泛应用的今 天,计算机图形学、计算机辅助设计、密 码学、虚拟现实等技术无不以线性代数为 其理论和算法基础的一部分。
线性代数理论有着悠久的历史和丰富的 内容,其理论应用,是研究现代科学技术 的重要方法,在众多的科学技术领域中应 用都十分广泛。本文通过对线性代数的定 义的解释,和应用实例的列举,分析了线 性代数被广泛运用于各个领域的原因。并 对在这些领域中,线性代数的具体应用做 了简要论述。
1825年,叔尔克,叙述并说明了行列式的 一些性质。 1841年,英国数学家剀莱引入了行列式的 两条竖线。同年,德国数学家雅各比 (Jacobi)著名论文《论行列式的形成与性质 》发表,这标志着行列式系统理论的建成。
二、矩阵和线性方程组 在行列式理论形成与发展的同时,矩阵理论 以及与其有密切关系的线性方程组、线性 空间的线性变换等理论也蓬勃得发展起来 了。十九世纪,已经发现了用初等变换解 线性方程组的高斯法。
1693年,莱不尼兹用指标数的子 统集合表示含两个未知量和三个线性方 程组所组成的系统,他从三个方程的系 数中消去两个未知量,得到一个行列式, 就是现在所称的方程组的法式。
用行列式去解含二、三、四个未知量的 方程组,可能在1729年由马克劳林所首创, 且于1748年发表在他的遗作《代数绝著》 中,其法则基本就是现在所使用的法则。 瑞士数学家克莱姆(Cramer)于1750年把马克 劳林的法则发表在他的《线性代数分析导 言》中,这就是现在所谓的克莱姆法则。
一、行列式 最早引入行列式概念的,是十七世纪的日本 的数学奠基人关孝和。他1383年著《解优 题之法》一书,对行列式及其展已经有了 清楚的叙述。但是在公元一世纪(东汉初年)。 中国古算术《九章算术》中已有用矩阵(当 时称为“方程”)的初等变换来解线性方程组 的内容了。关孝和的思想的产生,大概多 受惠于中国而非西方的影响。
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