中文名是 变换,英文简称是T 先看书上定义: 和 是 上的Vector Space
比如 一个向量 变成 就是一个变换(向量里面每个值*2)。 此时 就是 , 就是 ,
自然就是实数了 。这里的公式可以写成: 同时
当然,也可以变成 。这个就是变换把一个三维的变为了一个二维向量了。此时 就是 , 就是 , 自然就是实数了 。 这里的公式可以写成: 同时
这里就有一个linear transformation的概念,就是说这个Transformation T 不是可以计算 里面的向量么?只要满足对 里面所有的向量(此处用 )都可以这么写:
这个变换就叫做linear transformation,比如我们以刚刚那个 变成 的变换举个例子。我们随便从 也就是 取两个vector, 分别是 和 当然 。然后你看, , , 加起来就是 你看就是 对吧。同理对第二个式子也成立,所以这个把一个向量里面每个值都乘以2的这个Transformation,就是一个Linear Transformation。
Linear Transformation的本质
对于向量运算来说
这就涉及到为什么书上不这么说了,因为只是对于向量来说每一个
T就是可以等价为一个矩阵,但是毕竟我们的Space不一定是矩阵呀。所以才要用一个抽象的T来代替。你需要把T理解为一种运算,矩阵只是一种其中一种针对vector的运算。
毕竟你说一个
Matrix乘一个vector变成另外一个vector这个不就和 一个数x在函数f(x)作用下变成y一个意思么?对吧。所以一个T也可以理解为一个function
我们就从这个角度开始看接下来的东西,首先解释一下为什么就是一个矩阵,pdf上P77 (书上P65)有一个 Example,如下:

当然这道题是让你证明这个Transformation是Linear的。你看呀,这个是一个二维vector到二维vector的变换对吧。我们假设有个向量 ,那么这个Transformation等价于在这个vector之前给他乘以了一个矩阵:
你看是不是,把 变成 然后把 变成 是吧。于是,所有的Linear Transformation 都本质上是一个Matrix!
比如,针对下图的几个Transformation:

其中T不久分别是
所以!以后看到Linear Transformation就可以想到这是一个Matrix!
这个中文叫做零空间,不过这个不重要。这个Null Space是干嘛的呢,就是对一个Linear Transformation T 假设有一个 vector 都可以有 也就是说 所有被这个T变换之后等于零向量 的所有 的Space,就叫做 Null Space。例如:
就用上面那个Example-1的例子:
此时假设 然后列方程:
算出来 所以这个方程只有一个解,也就是 所以这时候,说明 T 的解空间就只有一个值 此时这个只有一个 0 的空间的维数 毫无疑问就是 0。这里记作T的Null Space是
这个中文叫作值域,一个Linear Transformation的Range,也就是一个Matrix的Range。
不是 么,其中对所有的 ,所有的 span的space 就是这个 T 的 Range。 Range是一个 Space。记作 。比如,
其中 是 的一组
basis,那么这些basis不是经过T的变换变成了 了么?这些作为basis ``span的一个新的space就叫做T的Range。
刚刚我们说到零空间 Null Space 对吧,这个是一个 Space 所以是有 Dimension 维数 的是吧。那么这个 Null Space 的 Dimension 就是叫做 Nullity 中文叫做 零化度。记作
刚刚我们说到值域 Range 对吧,这个也是要给 Space 所以也是有 Dimension 维数 的,于是 Null Space 的 Dimension 就是叫做 Rank 中文叫做 秩。 记作
这个中文叫做 秩-零化度定理,解释的就是上面几个概念之间的联系。
这句话翻译一下就是: 一个变换 零空间的维数 + 这个变换 值域 的 维数 等于 这个变换作用的Vector Space的维数。
下面我们针对上面的Dimension Theorem举一个小例子。
比如就是很简单的的一个变换 (三维向量 到 三维向量),这个变换的作用是使得
第一步:由于 所以 这个是肯定的对吧。
第二步:求Null Space 和 Nullity
可以得出:
其中 可以是任何实数,所以这个Null Space 就是 所包含的所有向量的Space 这是一个一维Vector Space 因为这个Space的Basis的数量就1 因为这里面所有的vector都是由 span 而成的。
所以
第三步:求Range
对于 其中一组basis可以是
经过 T 变换后得到
这3个vector是我们要求的range的一个basis 但是我们注意到
所以实际上这个 range的 的一个 basis 只需要是
因为这个range的basis的数量就是2 因为这个 space 里面所有 vector 都是由 上面两个vector span 而成的。
所以
综上,你看这个Example里面的3个红色的部分:
是不是 ?