线性代数的发展及

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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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