解方程是《初等代数》的主要内容 , 代数方程根据 未知数的个数 和 次数 分为两个方向:
- 多元一次方程组
- 一元多次方程
☆ 对于 多元一次方程组 的研究 产生了 线性代数 , 分如下阶段:
- 阶段1:从 解方程 到 向量空间 。
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数学家从中,总结出 , m维向量的概念:
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接着又 把所有m维向量 放在一起 得到 m维向量空间,记为 ?? , 并进一步研究出多种关于向量空间的知识:线性表示、线性无关、秩、向量的加法、数乘,等,以及 点乘(内积):
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然后,又由多个向量拼接出了 矩阵:
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并总结出 矩阵的 转置 , 加减法,等,以及乘法:
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这样 线性方程组 就可以表示为 矩阵相乘的形式:
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再对其求解过程进行分析,发现了 行列式:
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以及 , 著名的 克莱姆法则 。
行列式 还有助于 求解 矩阵的 逆阵!
- 阶段2:从 向量空间 到 线性空间:
根据 研究向量空间的性质 , 可知:线性空间 V 中的 极大线性无关元素组 {ε?, ε? , ? , ε_m} (被称为 向量空间的一组基),可以用来线性表示 线性空间中的任意元素 α = a? ε? + a ?ε? + ? + a_mε_m,其线性表示的系数构成一个 向量 a = (a?, a?, ?, a_m) , 也就是说 取定 一组基 {ε?, ε? , ? , ε_m},则 线性空间 V 中 的 每一个元素 α 和 一个向量 a 一一对应,于是 我们 依然称 线性空间的元素 α 为 向量,而将 其对应向量 a 的维度 m(也就是 基的个数)定义为 线性空间 V 的维度 。
线性空间的出现 , 标志着数学抽象化进程的开端 。
接着,数学家对 线性空间 之间的 能保持 向量的加法和数乘的 线性映射 进行了深入研究,其中的最重要发现是:
一旦线性空间 的基取定,则 线性映射 和 矩阵 一一对应,线性映射的复合就是 对应矩阵 的乘法 。
与之类似 , 数学家还研究了,r 个 线性空间 到 实数域 ? 的 能保持 向量的加法和数乘的 r重线性函数,从而有了:二重对称线性函数——二次型 的知识,并且 还发现: n阶 行列式 就是 n 维线性空间 上的 使得 det(E) = 1 的 唯一 n重反对称线性函数 det 。
- 阶段3:从 线性空间 到 内积空间:
从 内积 分别导出 距离 和 范数 , 使得 内积空间 变为 距离空间 和 赋范线性空间,以及具有了 完备性问题 。
将 内积定义 扩展到 复数域 之上,得到 酉空间 。