Up | English | 「数と量」と線型代数の関係 |
線型代数は小・中学数学でやってきた「数と量」と構造的に近いものがあります。 実際,この構造の近さには,理由があります。 そこで,「ベクトル・行列」の学習は,「数と量」に引き寄せることで容易になるという面があります。 もっとも,線型代数の方法論は「数と量」の方法論と同じではないので,引き寄せすぎると「数と量」の意味を誤解させることになります。 線型代数と「数と量」は,同じになるときがあります。 すなわち,1次元実線型空間と<実数に対する量>が同じ構造のものになります。 ──数学のことばで言うと,つぎのようになります:
特に,次元が上がるとき,1次元実線型空間で同じになっていた両者は再び分かれます。 ──例えば,2次元実線型空間は,「数と量」では「複素数に対する量」になります。 さらに,次元が上がるときの両者の変わり方も,ひどく違います。 線型代数は,一般次元nの記述が可能であることが示すように,本質的な変化はありません。 「数と量」はそうではありません。 複素数 → 四元数 → 八元数 → 十六元数 のような変わり方をします。そして,複雑さ・難解さをその都度飛躍的に増して行きます。 以下,線型代数と「数と量」の違いを踏まえつつ,両者の関係を見ていくことにします。 なお,話に先立って,線型代数と「数と量」の主題の近縁関係を示しておきます: |
数と量 | 線型代数 |
数 | スカラー/行列 |
量──系 (「長さ」等) とその要素 | 線型空間・ベクトル |
位──系 (「高さ」等) とその要素 | アフィン空間・点 |
単位 | 基底 |
単位の変更 | 基底変換 |
基準 | 原点 |
量の測定 | 基底ベクトルの1次結合でベクトルを表現 |
測定値の一意性(→1次元) | 基底ベクトルによる1次結合表現の一意性 (→n次元) |
位の表現 | 座標 |
量の和 | ベクトルの和 |
量の倍(量に対する数の作用) | ベクトルに対する行列の作用 |
2量間の比例関係 | 2ベクトル空間の間の線型写像 |
比例関数 | 線型写像 |
比例定数 | 行列 |