Loading [MathJax]/jax/output/CommonHTML/jax.js

10/30/2015

[線性代數] 座標轉換矩陣

考慮 Vn 維向量空間,且 vV。現在考慮兩組 有序基底 (ordered basis)
S:={v1,v2,...,vn}T:={w1,w2,...,wn}
則 我們可將 v 用上述有序基底做線性組合唯一表示,比如說
v=c1w1+...cnwn且其對應於  T 基底的 座標向量 (coordinate vector) 與 對 S 基底的 coordinate vector 我們定義如下 
[v]T:=[c1c2cn];[v]S:=[a1a2an]注意到事實上 上述 對 T 基底的 coordinate vector 可看成是函數,比如說令 L:VRn 滿足
L(v)=[v]T同理,對 S 基底的 coordinate vector 令 L:VRn 滿足
L(v)=[v]S
Comment:
1. 上述 L,L 統稱為 coordinate mapping
2. Coordinate mapping 為 bijective linear transformation 或稱 isomorphism。

現在若我們想建構 對於 S 基底的座標向量 與 T 基底座標向量之間兩者的關係,利用  coordinate mapping [v]S 為 linear transformation 性質 ,我們有
[v]S=[c1w1+...cnwn]S=[c1w1]S+...+[cnwn]S=c1[w1]S+...+cn[wn]S=[|||[w1]S[w2]S...[wn]S|||][c1c2cn]=PST[c1c2cn]其中 PST:=[|||[w1]S[w2]S...[wn]S|||] 稱為 T 基底到 S 基底的座標轉換矩陣  (Transition Matrix from T-basis to the S basis )且對於個別的 coordinate vector; e.g., [wj]S 我們有
[wj]S=[a1ja2janj]
故我們有以下結果
[v]S=PST[v]T

以下是一些關於 Transition Matrix 的性質:
S,T 為向量空間的兩組 ordered basis 則
FACT 1. PTT=I
FACT 2. PST 為 nonsingular

現在看幾個例子:

Example 1.
S:={v1,v2}={[12],[01]};T:={w1,w2}={[11],[23]}為 ordered bases for R2。現在令 v=[15]Tw:=[54]T
(a) 試求 coordinate vectors [v]T[w]T
(b) 試求 PST
(c) 試求 coordinate vectors [v]S[w]S

Solution(a)
[v]T 的定義可知 [v]T=[a1a2]
[15]=a1[11]+a2[23][1213][a1a2]=[15]{a1=7a2=4同理 [w]T=[b1b2]
[54]=w=b1[11]+b2[23][1213][b1b2]=[54]{b1=7b2=1

Solution (b)
我們要求 PST,由 part (a) 可知我們有 [v]T=[74]
[v]S=[7w1+4w2]S=7[w1]S+4[w2]S=[||[w1]S[w2]S||]=PST[74]=[v]T=[b11b12b21b22]PST[74]
現在我們分別求取 [w1]S[w2]S如下:
[w1]S=[b11b21]b11[12]+b21[01]=[11]=w1[1021][b11b21]=[11]{b11=1b21=1

[w2]S=[b12b22]b12[12]+b22[01]=[23]=w2[1021][b11b21]=[23]{b12=2b21=1
PST=[1211]
Solution (c)
[v]S=PST[v]T=[1211][74]=[13][w]S=PST[w]T=[1211][71]=[56]

Example 2.
V:=R3 且令 S:={v1,v2,v3}T={w1,w2,w3} 為  R3 的ordered basis,其中
v1=[201];v2=[120];v3=[111]w1=[633];w2=[413];w3=[552]
(a) 試計算 PST
(Exercise) 令 v=[495] 驗證 [v]S=PST[v]T

Solution (a):
由前面討論可知
PST:=[|||[w1]S[w2]S[w3]S|||]故我們需分別求出 [w1]S,[w2]S[w3]S

首先求 [w1]S=[a11a21a31] 如下:由於 w1 可用 S 有序基底作唯一線性組合表示,故
[633]=a11[201]+a21[120]+a31[111][211021101][a11a21a31]=[633]{a11=2a21=1a31=1
接著我們求 [w2]S=[a12a22a32] ,由 w2 可用 S 有序基底作唯一線性組合表示,我們可得
[413]=a12[201]+a22[120]+a32[111][211021101][a11a21a31]=[413]{a12=2a22=1a32=1
最後求 [w3]S=[a13a23a33],同前述方法,利用 w3 可透過 S 有序基底作唯一線性組合表示,我們可得
[552]=a13[201]+a23[120]+a33[111][211021101][a11a21a31]=[552]{a13=1a23=2a33=1
PST:=[|||[w1]S[w2]S[w3]S|||]=[a11a12a13a12a22a23a13a32a33]=[221112111]

沒有留言:

張貼留言

[人工智慧] 本地端 DeepSeek R1 快速安裝:以 Macbook Pro M4 Chip為例

最近火熱的 DeepSeek R1 模型由於採用了 distill 技術,可以大幅降低計算成本,使得一般人有機會在自家筆電上跑性能逼近 Open AI ChatGPT o1的大語言模型。本文簡單介紹一步安裝在 Macbook Pro 的方法以及使用方法,以下測試採用 Macboo...