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2×22\times 2 变换矩阵如何作用于标准单位向量?

2×22\times 2 变换矩阵将标准基向量映射到其自身的列。具体来说,矩阵的第一列是向量 [1,0]T[1, 0]^T 的像,第二列是向量 [0,1]T[0, 1]^T 的像。这一特性使我们能够通过观察单位正方形的边落在何处来可视化变换。

适用条件

  • 矩阵为 2×22\times 2。
  • 在标准笛卡尔坐标中工作。

理解与推导

  1. 识别标准单位向量 e1=[1,0]Te_1 = [1, 0]^T 和 e2=[0,1]Te_2 = [0, 1]^T。
  2. 将矩阵 A 乘以 e1e_1 得到 A 的第一列。
  3. 将矩阵 A 乘以 e2e_2 得到 A 的第二列。
  4. 观察到这些结果向量定义了变换后的单位正方形(一个平行四边形)。

例子

对于 A=[3112]A = \begin{bmatrix} 3 & 1 \\ 1 & 2 \end{bmatrix},A[1,0]T=[3,1]TA[1, 0]^T = [3, 1]^T 且 A[0,1]T=[1,2]TA[0, 1]^T = [1, 2]^T。单位正方形变换为由这两个向量张成的平行四边形。

容易误解的地方

  • 认为矩阵的行代表变换后的基向量。
  • 假设变换只旋转向量而不改变其长度。

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