线性变换是对二维空间的变换,自然而然可以想到进行多个变换……


1. 考虑进行两次线性变换

  对向量$\vec{a}=[x,y]^{T}$先进行逆时针旋转变换$M_1$,再进行剪切变换$M_2$,即复合变换$M_0$,应当是这样一个过程:向量$\vec{a}$先左乘矩阵$M_1$,再将结果左乘$M_2$,最终结果应该和向量$\vec{a}$左乘$M_0$相等:

$$ M_2 M_1\begin{bmatrix} x\\ y \end{bmatrix}=M_0\begin{bmatrix} x\\ y \end{bmatrix} $$ $$ \Downarrow\\ M_2 M_1=M_0 $$

  注:$\bullet$ 矩阵左乘代表一种变换,应该从右往左读,类比复合函数$f(g(x))$

$\kern{distance=1.175cm}\bullet$ 时刻记得两个矩阵相乘有着几何意义,也就是两个线性变换相继作用

举个栗子

  例如:

$$ M_1=\begin{bmatrix} 1 & -2 \\ 1 & 0 \end{bmatrix},\quad M_2=\begin{bmatrix} 0 & 2\\ 1 & 0 \end{bmatrix} $$

线性变换矩阵的列代表的是变换后的基向量,则经过$M_1$变换后$\hat{i}=[1 ,1]^T$,$\hat{j}=[-2,0]^T$,再经过$M_2$变换后$\hat{i},\hat{j}$分别变为

$$ \hat{i}=\begin{bmatrix} 0 & 2 \\ 1 & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \end{bmatrix} $$ $$ \hat{j}=\begin{bmatrix} 0 & 2 \\ 1 & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} -2\\ 0\end{bmatrix} $$

这里就是第三章中的线性变换作用于特定向量的操作。

矩阵乘法的一些特性

   $\bullet$ 矩阵作用先后顺序不同,结果一般不同,即$M_1M_2\neq M_2M_1$

   $\bullet$ 矩阵乘法结合律:$(AB)C=A(BC)$(用变换的思路来证明它是很方便的,从右到左的顺序)

   $\bullet$ 良好的解释$>$象征性的证明

推广到高维空间

   $\bullet$ 三维空间:$\hat{i},\hat{j},\hat{k}$