高等代数与解析几何第七章
高等数学第七章向量代数与空间解析几何习题
解 ∵ a + b = AC = 2MC = −2MA ,
D
C
b
M
b − a = BD = 2MD = −2MB ,
∴
MA
=
−
1 2
(a
+
b),
MB
=
−
1 2
(b
−
A a ),
a
B
图 7.2
MC
=
1 2
(a
+
b),
MD
=
1 2
(b
−
a ).
10. 用向量的方法证明: 连接三角形两边中点的线段(中位线)平行且等于第三
而
a⋅b =
a
⋅
b
⋅
cos(a,
b)
=
10
×
cos
π 3
=5,
所以
r 2 = 100 − 60 + 36 = 76 ,
故 r = 76 .
3. 已知 a + b + c = 0 , 求证 a × b = b × c = c × a
证 法1
∵a + b + c = 0 ,
所以
c = −(a + b) ,
解 因 a = m − 2n + 3 p = (8i + 5 j + 8k) − 2(2i − 4 j + 7k) + 3(i + j − k) = 7i + 16 j − 9k ,
故沿 x 轴方向的分向量为 axi = 7i ; 沿 y 轴方向的分向量为 ay j = 16 j .
16. 若线段 AB 被点 C(2, 0, 2)和D(5, −2, 0) 三等分, 试求向量 AB 、点 A 及点 B 的
高等代数课件(北大版)第七章-线性变换§7.7
若 V W1 W2 Ws，则
11, ,1n1 , 21, , 2一组基，且在这组基下 的矩阵为准对角阵
A1
A2
.
As
2023/8/17§7.7 不变子空间 数学与计算科学学院
（1）
反之，若 在基 11, ,1n1 , 21, , 2n2 , , s1, , sns 下的矩阵为准对角矩阵(1), 则由 i1, i2 , , ini 生成 的子空间 Wi 为 的不变子空间，且V具有直和分解：
其次，任取 Vi , 设
( i E )ri Wi 0.
1 2 s , i Wi . 即 1 2 (i ) s 0 令 j j , ( j i); i i .
2023/8/17§7.7 不变子空间 数学与计算科学学院
由（2）, 有 ( i E)ri (i ) 0, i 1,2, , s. 又 ( i E)ri (i ) ( i E)ri (i )
Wi fi ( )V , 则Wi 是 fi ( ) 的值域， Wi是 的不变子空间.
又 ( i E)ri Wi ( i E)ri fi ( )V
( i E)ri fi ( ) V f V
( i E)ri Wi 0.
（2）
2023/8/17§7.7 不变子空间 数学与计算科学学院
下证 V V1 V2 Vs . 分三步：
1 . 证明 V W1 W2 Ws .
2 . 证明f1(V1),fV2(2), fVs (s是)直和1 .
3∴. 证存明在多Vi 项 W式i
, i
u1 (
1, 2,
), u2(
, s. ),
, us ( ),
使
u1( ) f ( )1 u2( ) f2( ) us ( ) fs ( ) 1
高代第7章习题参考答案
第七章 线性变换1． 判别下面所定义的变换那些是线性的，那些不是：1） 在线性空间V 中，A αξξ+=,其中∈αV 是一固定的向量； 2） 在线性空间V 中，A αξ=其中∈αV 是一固定的向量；3） 在P 3中，A),,(),,(233221321x x x x x x x +=； 4） 在P 3中，A ),,2(),,(13221321x x x x x x x x +-=；5） 在P[x ]中，A )1()(+=x f x f ；6） 在P[x ]中，A ),()(0x f x f =其中0x ∈P 是一固定的数； 7） 把复数域上看作复数域上的线性空间， A ξξ=。
8） 在P nn ⨯中，A X=BXC 其中B,C ∈P nn ⨯是两个固定的矩阵. 解 1)当0=α时,是;当0≠α时,不是。
2)当0=α时,是;当0≠α时,不是。
3)不是.例如当)0,0,1(=α,2=k 时,k A )0,0,2()(=α, A )0,0,4()(=αk , A ≠)(αk k A()α。
4)是.因取),,(),,,(321321y y y x x x ==βα,有 A )(βα+= A ),,(332211y x y x y x +++=),,22(1133222211y x y x y x y x y x ++++--+ =),,2(),,2(1322113221y y y y y x x x x x +-++- = A α+ A β， A =)(αk A ),,(321kx kx kx),,2(),,2(1322113221kx kx kx kx kx kx kx kx kx kx +-=+-== k A )(α，故A 是P 3上的线性变换。
5) 是.因任取][)(],[)(x P x g x P x f ∈∈,并令)()()(x g x f x u +=则A ))()((x g x f += A )(x u =)1(+x u =)1()1(+++x g x f =A )(x f + A ))((x g ， 再令)()(x kf x v =则A =))((x kf A k x kf x v x v =+=+=)1()1())((A ))((x f ， 故A 为][x P 上的线性变换。
高等代数 讲义 第七章
(στ ) δ
= σ (τδ )
D( f ( x )) = f ′( x )
J ( f ( x ) ) = ∫ f ( t )dt
x
（2） Eσ = σ E = σ ，E为单位变换 （3）交换律一般不成立，即一般地，
( DJ ) ( f ( x ) ) = D ∫0 f ( t ) dt
x
στ ≠ τσ .
2．线性变换保持线性组合及关系式不变，即
若 β = k1α1 + k2α 2 + L + krα r , 则 σ ( β ) = k1σ (α1 ) + k2σ (α 2 ) + L + krσ (α r ).
例4. 闭区间 [a , b]上的全体连续函数构成的线性空间
C ( a , b ) 上的变换
σ ( X ) = AX , τ ( X ) = XB ,
∀X ∈ P n×n
则 σ ,τ 皆为 P n×n 的线性变换，且对 ∀X ∈ P n×n , 有
(στ )( X ) = σ (τ ( X )) = σ ( XB ) = A( XB ) = AXB , (τσ )( X ) = τ (σ ( X )) = τ ( AX ) = ( AX ) B = AXB .
= σ (τ (α )) + σ (τ ( β )) = (στ )(α ) + (στ )( β ), (στ )( kα ) = σ (τ ( kα )) = σ ( kτ (α )) = kσ (τ (α )) = k (στ )(α )
§7.1 线性变换的定义
２．基本性质
（1）满足结合律：
例1. 线性空间 R[ x ]中，线性变换
高等数学第七章空间解析几何与向量代数课件.ppt
D
b a BD
2 MB
b M
MA
1 2
(
a
b
)
MB
1 2
(
b
a
)
A
a
MC
1 2
(
a
b
)
MD
1 2
(
b
a
)
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C B
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三、空间直角坐标系
1. 空间直角坐标系的基本概念
过空间一定点 o ,由三条互相垂直的数轴按右手规则
组成一个空间直角坐标系.
• 坐标原点
Ⅲ
z z 轴(竖轴)
和
计算向量
的模 、方向余弦和方向角 .
解: M1M 2 ( 1 2, 3 2 , 0 2 ) (1, 1, 2 )
(1)2 12 ( 2)2 2
cos 1 , cos 2
2
2
2 ,
,
3
3
3
4
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第21页，共33页。
3. 向量在轴上的投影与投影定理
z
r
在三个坐标轴上的分向量：
cos
x r
x x2 y2 z2
z
r
o
y
x
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第19页，共33页。
cos x
r
cos y
r
cos rz
x x2 y2 z2
y x2 y2 z2
z x2 y2 z2
方向余弦的性质:
z
r
o
y
高等代数与解析几何第七章知识题7答案解析
习题7.4习题7.4.1设A 是一个n 阶下三角矩阵。
证明：（1）如果A 的对角线元素jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，则A 必可对角化； （2）如果A 的对角线元素nn a a a ===Λ2211，且A 不是对角阵，则A 不可对角化。
证明：（1）因为A 是一个n 阶下三角矩阵，所以A 的特征多项式为)())((||2211nn a a a A E ---=-λλλλΛ，又因jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，所以A 有n 个不同的特征值，即A 有n 个线性无关的特征向量，以这n 个线性无关的特征向量为列构成一个可逆阵P ，则有AP P 1-为对角阵，故A 必可对角化。
（2）假设A 可对角化，即存在对角阵⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=n B λλλO21，使得A 与B 相似，进而A 与B 有相同的特征值n λλλ,,,21Λ。
又因为矩阵A 的特征多项式为n a A E )(||11-=-λλ，所以1121a n ====λλλΛ，从而E a a a a B nn 112211=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=O，于是对于任意非退化矩阵X ，都有B E a EX a X BX X ===--111111，而A 不是对角阵，必有A B BX X ≠=-1，与假设矛盾，所以A 不可对角化。
习题7.4.2设n 维线性空间V 的线性变换σ有s 个不同的特征值s λλλ,,,21Λ，i V 是i λ的特征子空间),,2,1(s i Λ=。
证明：（1）s V V V +++Λ21是直和；（2）σ可对角化的充要条件是s V V V V ⊕⊕⊕=Λ21。
证明：（1）取s V V V +++Λ21的零向量0，写成分解式有021=+++s αααΛ，其中i i V ∈α，s i ,,2,1Λ=。
现用12,,,-s σσσΛ分别作用分解式两边，可得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++---0001212111221121s s s s s ss s αλαλαλαλαλαλαααΛΛΛΛΛΛΛΛΛ。
高等代数和解析几何第七章(1~3习题集)线性变换和相似矩阵答案解析
第七章线性变换与相似矩阵习题7.1习题7.1.1判别下列变换是否线性变换？（1）设是线性空间中的一个固定向量，（Ⅰ），，解：当时，显然是的线性变换；当时，有，，则，即此时不是的线性变换。
（Ⅱ），；解：当时，显然是的线性变换；当时，有，，则，即此时不是的线性变换。
（2）在中，（Ⅰ），解：不是的线性变换。
因对于，有，，所以。
（Ⅱ）；解：是的线性变换。
设，其中，，则有，。
（3）在中，（Ⅰ），解：是的线性变换：设，则，，。
（Ⅱ），其中是中的固定数；解：是的线性变换：设，则，，。
（4）把复数域看作复数域上的线性空间，，其中是的共轭复数；解：不是线性变换。
因为取，时，有，，即。
（5）在中，设与是其中的两个固定的矩阵，，。
解：是的线性变换。
对，，有，。
习题7.1.2在中，取直角坐标系，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换，以表示空间绕轴由轴向方向旋转900的变换。
证明（表示恒等变换），，；并说明是否成立。
证明：在中任取一个向量，则根据，及的定义可知：，，；，，；，，，即，故。
因为，，所以。
因为，，所以。
因为，，所以。
习题7.1.3在中，，，证明。
证明：在中任取一多项式，有。
所以。
习题7.1.4设，是上的线性变换。
若，证明。
证明：用数学归纳法证明。
当时，有命题成立。
假设等式对成立，即。
下面证明等式对也成立。
因有，即等式对也成立，从而对任意自然数都成立。
习题7.1.5证明（1）若是上的可逆线性变换，则的逆变换唯一；（2）若，是上的可逆线性变换，则也是可逆线性变换，且。
证明：（1）设都是的逆变换，则有，。
进而。
即的逆变换唯一。
（2）因，都是上的可逆线性变换，则有，同理有由定义知是可逆线性变换，为逆变换，有唯一性得。
习题7.1.6设是上的线性变换，向量，且，，，都不是零向量，但。
证明，，，线性无关。
证明：设，依次用可得，得，而，故；同理有：，得，即得；依次类推可得，即得，进而得。
高等代数与解析几何第七章习题7答案
习题7.4习题7.4.1设A是一个n阶下三角矩阵。
证明：（1）如果A的对角线元素aii a(i,j1,2,,n)，则A必可对角化；jj（2）如果A的对角线元素a1122，且A不是对角阵，则aannA不可对角化。
证明：（1）因为A是一个n阶下三角矩阵，所以A的特征多项式为|E|()()()，又因a ii a jj(i,j1,2,,n)，所以A有Aa11aa nn22n个不同的特征值，即A有n个线性无关的特征向量，以这n个线性无1为对角阵，故A必关的特征向量为列构成一个可逆阵P，则有PAP可对角化。
1（2）假设A可对角化，即存在对角阵2，使得ABn与B相似，进而A与B有相同的特征值1,2,,。
又因为矩阵A的特n征多项式为n|EA|(a11)，所以12na11，从而a 11Ba22 aE11，于是对于任意非退化矩阵X，都有ann1，而A不是对角阵，必有X1BXBA，与1XBXXa11EXa11EB假设矛盾，所以A不可对角化。
习题7.4.2设n维线性空间V的线性变换有s个不同的特征值1，V i是i的特征子空间(i1,2,,s)。
证明：s,2,,（1）V1VV是直和；2s（2）可对角化的充要条件是 V 12。
VVVs证明：（1）取VV1V 的零向量0，写成分解式有2s1s0，其中iV i ，i1,2,,s 。
现用2, 2,,s1分别作用分解式两边，可得012s 01122ss。
s 1 1 1s 2 1 2s s 1 s 0写成矩阵形式为 11 s 1 1( , 1 , 2,s11 22s )。
(0,0,,0)1ss s11 1s 11 由于1,2,,是互不相同的，所以矩阵ss1122B 的行列式不1 ss s1 为零，即矩阵B 是可逆的，进而有 (11 1s BBB ，(1,2,,s )(0,0,,0)。
,,,)(0,0,,0)(0,0,,0) 2这说明V 1V 2V s 的零向量0的分解式是唯一的，故由定义可得 V 12是直和。
高等代数.第七章.线性变换.课堂笔记
第七章 线性变换§7.1 线性变换的定义与判别一、线性变换的定义：定义1 设V 为数域P 上线性空间，A 为V 的一个变换(即V ⟶V 的映射)，若A 保持加法和数乘运算，即A (α+β)=A (α)+ A (β),∀α,β∈V ，A (kα)=k A (α),∀k ∈P ，则称A 为V 的一个线性变换.注记： 以后我们用花体拉丁字母A,B,C,...表示V 的线性变换，除了特别说明外，本章节中V 均指数域P 上有限维线性空间.例1.说明下列变换均为线性变换： (1)把V 中任一向量都映射为0（称为零变换，记作0）； (2)把V 中任一向量α映射为本身（恒等变换，记作E ）； (3)取定k ∈P ，把V 中的每一个向量α映射为kα（数乘变换，记作k ）.例2.判定下列规则σ是否为指定线性空间的线性变换： (1)ℝ,x -:σ(f (x ))=f′(x );(2)C ,a,b -: σ(f (x ))=∫f (t )dt x0;(3)P n×n : σ(A )=A +A ′,σ2(A )=SAT ，S,T 为固定二个n ×n 矩阵. (4)ℝ,x -n : σ1(f (x ))=xf (x ),σ2(f (x ))=f (x )+1. 解：可验证(1)-(3)均为线性变换，下面证明(1)： ∀ f (x )∈ℝ,x -，其导函数唯一确定，且f (x )∈ℝ,x -，因而σ为V ⟶V 的变换，即V 的一个变换，σ(f (x )+g (x ))=(f (x )+g (x ))′=f ′(x )+g ′(x )= σ(f (x ))+ σ(g (x )), ∀k ∈ℝ,σ(kf (x ))=(kf (x ))′=kf ′(x )=kσ(f (x )).(4): σ1与σ2均不是线性变换，取f (x )=x n−1+1=ℝ,x -n ，但σ1(f (x ))=xf (x )=x n +x ∉ℝ,x -n ， 因而σ1不是ℝ,x -n 的一个变换， σ2是ℝ,x -n 的一个变换，但运算不保持，因而不是线性变换.习题：P320、1例3.设α为通常几何空间ℝ3中固定的向量，把空间中每个向量η映射为η在α上的内映射（正投影），即Πα: η⟶(α∙η)(α∙α)α是ℝ3的线性变换，这里(α∙η),(α∙α)表示通常向量的内积.证：如图，Πα(η)=OD ⃗⃗⃗⃗⃗ =ηcos (η∙α)α|α|=(α∙η)(α∙α)α，唯一确定， 从而Πα为ℝ3的一个变换，如图，AC ⊥W(垂足为C)，OCD LA Wα1α2η因此L 与W 为ℝ3的子空间且ℝ3=W ⊕L ，令 η=α1+α2,α1=OD⃗⃗⃗⃗⃗ =Πα(η),α2∈W , δ=β1+β2,β1=Πα(δ)∈L,β2∈W ，则η+δ=(α1+β1)+(α2+β2),α1+β1∈L,α2+β2∈W ， 从而Πα(η+δ)=α1+β1=Πα(η)+Πα(δ)， 同理，Πα(kη)=kΠα(η).二、线性变换的性质： 设A 为V 的线性变换，则： (1) A (0)=0, A (−α)=−A (α),∀α∈V ; (2) A (k 1α1+k 2α2+⋯+k t αt )=k 1A (α1)+k 2A (α2)+⋯+k t A (αt ); (3) A 把线性相关的向量组映射为线性相关的向量组（反之不真）.2011-04-02A : V ⟶V 线性变换性质： (3) A 为V 中线性相关的向量组，映为V 中线性相关的向量组，即α1,α2,…,αs 相关⟹A (α1), A (α2),…, A (αs )相关;但A (α1), A (α2),…, A (αs )线性相关⇒α1,α2,…,αs 相关. 如A =0,∀ α∈V,α≠0, A (α)=0.(4)设α1,α2,…,αn 为V 的一个基，∀ α∈V,α=x 1α1+x 2α2+⋯+x n αn ⟹A (α)=A (x 1α1+x 2α2+⋯+x n αn ) 线性变换A 由V 中一个基中的像唯一确定;(5)设α1,α2,…,αn 为V 的一个基，则对V 中任一向量组β1,β2,…,βn 必存在一个线性变换 A : V ⟶V ，使得：A (αi )=βi ,1≤i ≤n ;证：作V ⟶V 映射：A (α)= x 1β1+x 2β2+⋯+x n βn ，其中：α=x 1β1+x 2β2+⋯+x n βn ,则A (αi )=βi ,1≤i ≤n ; 下证：A 为V 的线性变换：∀ α=x 1α1+x 2α2+⋯+x n αn ∈V,β=y 1α1+y 2α2+⋯+y n αn ∈V,A (α+β)= A .(x 1+y 1)α1+(x 2+y 2)α2+⋯+(x n +y n )αn /=(x 1+y 1)β1+(x 2+y 2)β2+⋯+(x n +y n )βn=(x 1β1+x 2β2+⋯+x n βn )+(y 1β1+y 2β2+⋯+y n βn ) = A (x 1α1+x 2α2+⋯+x n αn )+ A (y 1α1+y 2α2+⋯+y n αn )= A (α)+A (β)同理，∀k ∈P ，A (kα)=k A (α).§7.2 线性变换的运算为方便，引入记号：Hom (V,V )，它表示数域P 上线性空间V 的所有线性变换的集合。
高等代数课件 第七章
二、坐标变换
设V是F上一个n 维向量空间, {1, 2 ,,n}
是它的一个基, ξ关于这个基的坐标是 (x1, x2,, x而n ),
σ(ξ)的坐标是
( y1, y2,,问yn:).
( y1, y2,和, yn )
(x1, x2,, xn ), 之间有什么关系?
设
x11 x22 xnn
(5)
k( ) k k ,
(6)
(k l) k l ,
(7)
(kl) k(l ),
(8)
1 ,
这里k,l是F中任意数，σ,τ是V的任意线性变换.
定理7.2.1 L(V)对于加法和数乘来说作成数 域F上一个向量空间.
二、线性变换的积
设 , L(V ),容易证明合成映射 也是V上的 线性变换，即 L(V ). 我们也把合成映射 叫
坐标． 3．已知线性变换关于某个基的矩阵，熟练地求出σ关于
另一个基的矩阵。 三、重点难点:
线性变换和矩阵之间的相互转换, 坐标变换, 相似矩阵。
一、线性变换的矩阵
设V是数域F上一个n维向量空间，令σ是V的一 个线性变换，取定V的一个基 1,2,,令n,
(1) a111 a212 an1n (2 ) a121 a222 an2n
二、教学目的:
掌握线性映射的加法、数乘和积定义，会做运算. 掌握线性变换的多项式, 能够求出给定线性变换的多 项式.
三、重点难点:
会做运算.
一、线性变换的加法和数乘
令V是数域F上一个向量空间，V到自身的一个线 性映射叫做V 的一个线性变换.
我们用L(V)表示向量空间和一切线性变换所成的 集合，设 , L(v), k F, 定义
所以 是V的一个线性变换
高等代数课件(北大三版)--第七章-线性变换
尤其，向量空间V 在σ之下旳象是W 旳一种
子空间，叫做σ旳象, 记为 Im( ),
即 Im( ) (V ).
另外，W 旳零子空间 { 0 } 在σ之下旳原象是 V 旳一种子空间，叫做σ旳核，
记为 Ker( ),
即 Ker( ) { V | ( ) 0}.
定理7.1.2 设V和W是数域F向量空间，而是一种线 性映射，那么 :V W (i) σ是满射 Im( ) W (ii) σ是单射 Ker( ) {0} 证明 论断(i)是显然旳,我们只证论断(ii) 假如σ是单射,那么ker(σ)只能是具有唯一旳零向量. 反过来设ker(σ) = {0}.
轻易证明上面旳两个条件等价于下面一种条件：
③对于任意 a,b F 和任意 , V ,
(a b) a ( ) b ()
在②中取 a 0，对③进行数学归纳，能够得到：
（1） (0) 0
（2） (a11 ann ) a1 (1) an (n )
例1 对于 R 2 旳每历来量 x1, x2 定义 x1, x1 x2 , x1 x2 R3
x1
(1
,
2
,,
n
)
x2
.
xn
因为σ是线性变换，所以
( ) x1 (1) x2 (2 ) xn (n )
（2）
x1
(
(1),
(
2
),,
(
n
))
x2
.
xn
将（1）代入（2）得
x1
(
)
(1,
2
,,
n
)
A
x2
.
xn
最终，等式表白， ( )关于(1,2 ,n ) 旳坐标所构成 旳列是
高等代数与解析几何第七章习题7答案
习题习题设A 是一个n 阶下三角矩阵。
证明：（1）如果A 的对角线元素jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，则A 必可对角化； （2）如果A 的对角线元素nn a a a ===Λ2211，且A 不是对角阵，则A 不可对角化。
证明：（1）因为A 是一个n 阶下三角矩阵，所以A 的特征多项式为)())((||2211nn a a a A E ---=-λλλλΛ，又因jj ii a a ≠),,2,1,(n j i Λ=，所以A 有n 个不同的特征值，即A 有n 个线性无关的特征向量，以这n 个线性无关的特征向量为列构成一个可逆阵P ，则有AP P 1-为对角阵，故A 必可对角化。
（2）假设A 可对角化，即存在对角阵⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=n B λλλO21，使得A 与B 相似，进而A 与B 有相同的特征值n λλλ,,,21Λ。
又因为矩阵A 的特征多项式为n a A E )(||11-=-λλ，所以1121a n ====λλλΛ，从而E a a a a B nn 112211=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=O，于是对于任意非退化矩阵X ，都有B E a EX a X BX X ===--111111，而A 不是对角阵，必有A B BX X ≠=-1，与假设矛盾，所以A 不可对角化。
习题设n 维线性空间V 的线性变换σ有s 个不同的特征值s λλλ,,,21Λ，i V 是i λ的特征子空间),,2,1(s i Λ=。
证明：（1）s V V V +++Λ21是直和；（2）σ可对角化的充要条件是s V V V V ⊕⊕⊕=Λ21。
证明：（1）取s V V V +++Λ21的零向量0，写成分解式有021=+++s αααΛ，其中i i V ∈α，s i ,,2,1Λ=。
现用12,,,-s σσσΛ分别作用分解式两边，可得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++---0001212111221121s s s s s ss s αλαλαλαλαλαλαααΛΛΛΛΛΛΛΛΛ。
高等代数第7章习题解
第七章习题解答习题7.11、 在4R 中，设11022213(,,,),(,,,)αβ=-=--，计算：（1）α与β的内积；（2）α与β的长度；（3）α与β的距离；（4）α与β的夹角； 解：（1）22064αβ⋅=++-=-； （2）||||αβ====（3）||αβ-==（4）9cos ||||αβθαβ⋅===-=-所以9,arccosαβπ<>=-2、求齐次线性方程组20x y +=的所有解，说明其任一解与向量（1，2）的关系。
解这个方程组的通解为21x k y ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭，记2112(,),(,)αβ=-=，则0αβ⋅=，所以这两个向量正交。
3、证明：在2R 中，以坐标原点为起点，单位圆周上的点为终点的向量是单位向量。
证明：以坐标原点为起点，单位圆周上的点为终点的向量的长度为1，所以以坐标原点为起点，单位圆周上的点为终点的向量是单位向量。
4、证明定理7.1.2定理内容：（1）()()k k αβαβ⋅=⋅；（2）()αβγαβαγ⋅+=⋅+⋅； （3）00α⋅=；（4）1111()s tsti ij j i j i j i j i j x y x y αβαβ====⎛⎫⎛⎫⋅=⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑∑∑证明：设121212(,,,),(,,,),(,,,)n n n a a a b b b c c c αβγ=== ，那么 （1）1122()()()()n n k a kb a kb a kb αβ⋅=+++1122()()n n k a b a b a b k αβ=+++=⋅ （2）111222()()()()n n n a b c a b c a b c αβγ⋅+=++++++11112222()()()n n n n a b a c a b a c a b a c =++++++11221122()()n n n n a b a b a b a c a c a c =+++++++αβαγ=⋅+⋅（3）1200000n a a a α⋅=+++= （4）略5、证明度量矩阵是可逆矩阵。
高等代数(第7章)
例如，零变换将线性无关的向量组变成线性相关 的向量组.
§7.2 线性变换的运算
设V是数域P上的线性空间， 、是V的两个线 性变换. 1.线性运算 (1)加法： 与的和定义为 ( +)()=()+() ( V) (2)数量乘法：数域P中的数k与的数量乘法定义为 (k)( ) =k(()) ( V) (3) 负变换：的负变换 -定义为 (-)()= - () ( V) 结论：线性空间V上的线性变换的全体，对于如上定 义的加法与数乘运算构成数域P上的线性空间.即
例2 设是几何空间中一个固定的非零向量, 将每个 向量变到它在上的内射影的变换
( , ) ( ) ( , ) .
( )
是一个线性变换.
2.线性变换的简单性质 设 是数域P上线性空间V的一个变换. (i)(0)=0, (-)= - (), V. (ii)(k11+…+ kmm)= k1(1) +…+ km(m) i V, ki P (i=1,2,…,m) (iii) 设i V, (i=1,2,…,m) .若 1,2,…,m线性相关,则 (1),(2),…,(m)线性相关；反之不然.
线性变换被基向量的像唯一确定！
定理1: 设1, 2,…,n是数域P上n维线性空间V 的一组 基, 1,2,…,n是V中任意n个向量,则存在唯一的线性 变换使 (j)= j , j=1,2,…,n.
证明：(i)存在性
x i i V , 定义V的变换： x i i .
仍是线性变换
()()=(()) ( V)
运算律： (i)()= () (ii) (+) = + , (+)+= +(+) (iii)k()=(k)= (k) 注意：线性变换的乘积一般是不可交换的,即 . 例1 在P22中，定义线性变换、 、为
高数答案第七章
第七章空间解析几何与向量代数§向量及其线性运算必作题：P300 —301 ：1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 15, 18, 19. 必交题：1. 求点(aM分别关于⑴各坐标而：⑵"坐标轴：⑶坐标原点的对称点的坐标.解:(1) xoy 而(a,b, ? c)理oz 面(? a,b , c) , xoz 面(a 广bQ ;(2) ox 轴(a A brc) z oy 轴(? ab? c) , oz 轴(? a,-b,c);(2)关于原点(? a,-b? c)a3、坐标而上的点与坐标轴上的点的坐标各有什么特征，指出下列各点的位置A(3,4,0), 3(0,4,3), C(3,0,0), £ >(0-1,0).解: xoy 而：z=0, yoz 而：x=0> xoz 而：y=0 ?ox 轴：y=O,z=O. oy 轴：x=0,z=0, oz 轴：x=0z y=0tA在xoy而上，B在yoz而上，C在x轴上，D在y轴匕4、在z 轴上求与点AM, 1,7) 和点B(3,5,-2) 等距离的点的坐标.14 14 解:设 C (0, 0, z),有|AC| = |BC|,解得：z=—,所求点为(0Q —).9 95、设“ =a-b + 2c.v = -a + 3b-c, 试用a.b.c 表示2u-3v? 解：2M一3” = 5a —1 仍+ 7c5、已知两点和M,3,0.2), 求向的模，方向余弦和方向角.解：={-1-72,1} , = 2 ,方向余弦为cos a =~~方向角汀上疗= cos y =—"辛: :P = ---- t Y ——4 3解：设0 "戯的模厨 i 方向余弦= = = 求2={5},贝2 2* = x/J * “ = {o 丄苗}7、设有向疑片A , kR| = 2,它与x 轴、y 轴的夹角分别为彳和？如果已知人（1,0,3）,求g 的坐标.解：设巴的坐标为（x,y,z ） ?叶马={x-l,y,乙一 3},-八一! ■= cos —=—,所以x = 2 :I = cos-=八，所以 y = V2 ,又障可=2,,所以 J1 + 2 + (Z _3)2 =2,解得 z = 2 或 z =4,所以人的坐标为(2,72,2)或者(2,72,4).& 求平行于向疑方={6,7, — 6}的单位向量. ）{6,7,-6}，即必作题： P309-310 : 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9. 必交题：1、已知向量“ ={1, 一 2,2}与/? = {2,3,几}垂直，向 M c = {1,1,-2}与2={22平行，求兄和“的值解：？ =736 + 49 + 36 = 11,与N 平行的单位向疑为土丄 数量积向量积混合积2、已知向Sa = 2i-3j + k9b = i-j + 3k 9c = i-2j A 别计算以下各式⑴(a A B)c-(a A c)b； (2) (a + b)x(b + c) ; (3) (axb A c.解:(1) - (a ? c)b = 8c - 8b = -8 了 - 24 斤(2) (A+b)x(b+c) = (A -4j+4k)x(2i-3j+3k) = -j-k2 一 31⑶(“ xb)0= 1-1 3=2 1 -2 0OAxOB ： 解：-37-3j3、已知 OA=l+3k,OB = J + 3k f 求 AABO 的而积. AABO 的而积 S = A \OA X OB\ =.§曲面及其方程必作题；必交P318-319 : 1、2、5、6、7、8、9、10.1、一动点与两従点 A(2,3,l)和B(4,5,6)等距离，求该动点的轨迹方程解：设动点因为网=阿所以(x-2)2+(y-3) 2+(z-l) 2=(x-4) 2+(y-5)2 + (z-6)2，解得动点的轨 迹方程为 2x + 2y + 5z.2、指出下列方程在平而解析几何和空间解析几何中分别表示什么图形2 2解：(DxOy 坐标而上椭圆一+ — = 1绕6轴旋转形成，或者妝力坐标而上椭圆一+ A - 4 =1绕6轴旋转形成。
高等代数第7章线性变换PPT课件
特征向量定义
对应于特征值m的非零向量x称为A的对应于特征值 m的特征向量。
设A是n阶方阵，如果存在数m和非零n维列向 量x，使得Ax=mx成立，则称m是A的一个特 征值。
求解方法
通过求解特征多项式f(λ)=|A-λE|的根得到特 征值，再代入原方程求解对应的特征向量。
特征多项式及其性质分析
特征多项式定义
量子力学
在量子力学中，特征值和特征向量用 于描述微观粒子的状态和能量级别。
图像处理
在图像处理中，特征值和特征向量可 以用于图像压缩和图像识别等任务。
经济学
在经济学中，特征值和特征向量可以 用于分析和预测经济系统的稳定性和 发展趋势。
04
线性变换对角化条
件及步骤
可对角化条件判断方法
判断矩阵是否可对角化
线性变换的性质与 矩阵性质对应
线性变换的性质如保持加法、 数乘等运算可以通过其对应的 矩阵性质来体现。例如，两个 线性变换的和对应两个矩阵的 和；线性变换的复合对应两个 矩阵的乘积等。
02
线性变换矩阵表示
法
标准基下矩阵表示法
定义
设V是n维线性空间，e1,e2,...,en 是V的一个基，T是V上的一个线 性变换，则T在基e1,e2,...,en下的 矩阵A称为T在基e1,e2,...,en下的 标准矩阵表示。
计算矩阵的高次幂
对于可对角化的矩阵A，可以利用对角化公式A=PDP^(-1)将A的高次幂转化为对角矩阵D的高次幂， 从而简化计算过程。
求解线性方程组
对于系数矩阵为可对角化矩阵的线性方程组，可以通过对角化将系数矩阵转化为对角矩阵，进而 简化方程组的求解过程。
计算行列式和逆矩阵
对于可对角化的矩阵A，其行列式值等于对角矩阵D的行列式值，逆矩阵可以通过对角化公式求得， 从而简化相关计算。
高等代数第7章线性变换[1]
![高等代数第7章线性变换[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/59b5182a05087632311212e3.png)
推论 设e1, e2, …, en是线性空间V的一
组基, 如果V的两个线性变换A与B在这
组基上的作用相同,即
Aei = Bei ,
则必有 A = B.
推论 设x1, x2, …, xs是n维线性空间V的一
组线性无关向量, a1,a2,…,as是V中任意取
二、线性变换在一组基下的矩阵
定义 设e1, e2, …, en是数域P上n维
线性空间V的一组基,A是V的线性变
换,则基向量的象可唯一地被基线
性表示为
Ae1 a11e1 a21e 2 an1e n
Ae 2 a12e1 a22e 2 an2e n
Ae n a1ne1 a2ne 2 anne n
D是一个线性变换，称为微分变换.
例7 闭区间[a, b]上所有连续函数全体 组成实数域R上的线性空间C0(a, b). 定义变换
x
则J是一个J(线f (性x))变=换.a f (t)dt
二、线性变换的简单性质
1、设A是线性空间V的一个线性变换,则
A(0) = 0, A(-a) = - A(a)
2、线性变换保持向量的线性组合与线性 关系式不变.即若
，
定义 设V是数域P上的n维线性空间,
A :VV为V的一个变换, 若对任意a,bV
和数kP, 都有
A(a + b ) = A(a) + A(b)
A(ka) = kA(a)
则称A是线性空间V的一个线性变换. (linear transformation).
称A(a)或Aa为向量a在线性变换A下的
象(image)．
2、(1)交换律 A +B =B +A (2)结合律 (A+B)+C =A+(B+C) (3)零变换 A+O =A (4)负变换 A+(-A) = O
高职课件《高等数学》第七章空间解析几何课件
本章内容
1 空间直角坐标系和向量 2 向量的数量积与向量积 3 空间平面与直线的方程 4 曲面与空间曲线
7.1 空间直角坐标系和向量
7.1.1 空间直角坐标系
在空间取三条相互垂直空间直角坐标系 O-xyz。
利用前述负向量的概念,我们还可以定义两个向量 a 和 b 的差为：
a b = a b
按三角形法则，向量 a 和 b 的差 a b 的求法如下:把 a 与 b
的起点放在一起，则 a b 即是以 b 的终点为起点，以 a 的终点
为终点的向量(如图7-7所示)。
容易验证，向量的加法有下列运算规律：
通常把 x 轴，y 轴放置在水平平面上，z 轴垂直于水平平面，并 规定x 轴，y 轴和z 轴的位置关系遵循右手螺旋法则：右手四指握 拳,指向为x 轴的正向，然后四指沿握拳方向转向y 轴的正向，则大 姆指所指方向为z轴正向(如图7-1所示)
在空间直角坐标系O-xyz 中，点O 称为坐标原点，简称原点； x 轴，y 轴，z 轴又分别称为横轴、纵轴与竖轴，三条数轴统称为 坐标轴；由任意两条坐标轴所确定的平面称为坐标面，共有xOy、 yOz、zOx 三个坐标面；三个坐标面把空间分隔成八个部分，每个 部分依次分别称为第一、第二直至第八卦限,其中第一卦限位于x， y，z 轴的正向位置，第二至第四卦限也位于xOy面的上方，按逆 时针方向排列；第五卦限在第一卦限的正下方，第六至第八卦限
三角形法则还可以推广到求任意有限个向量的和。例如，已
知向量a ，b ，c ，d ，求 a + b + c + d 的和 AB。
根据自由向量的特点，只要依次把后一个向量的起点移至前 一个向量的终点上，然后从a的起点向d 的终点所引的向量就是四
高等代数第七章综合例题分析与小结
内容小结
三、熟练掌握子空间正交的定义及子空间正交补的定义； 熟知欧氏空间的的任何单位正交向量组都可以扩充为标准 正交基。
四、正交变换与对称变换 1、熟练掌握正交变换的定义与等价命题 2、掌握在标准正交基下正交变换与正交矩阵的关系 3、熟练掌握对称变换的定义与等价命题 4、掌握在标准正交基下对称变换与对称矩阵的关系
第七章综合例题分析与小结
内容小结
一、欧氏空间的基本概念 1、熟练掌握内积的定义与性质，理解欧氏空间是特殊的线 性空间 2、熟练掌握向量长度、夹角、距离的定义及计算公式
3、熟练掌握向量正交的定义、单位向量的定义和单位化向、熟练掌握标准正交基的定义及等价命题
5、熟练掌握对称矩阵的特性，特别是对称矩阵与对角化 的关系
6、熟练掌握将对称矩阵对角化的方法与步骤