线性组合、张成空间与基向量 | 线性代数的本质,第二章:英语精读讲义

3Blue1Brown

学习难度
1,587 词 201 词/分

视频简介:本课把向量坐标重新理解为作用于基向量的标量,再借助几何图像讲清线性组合、张成空间、线性相关与线性无关,并最终给出基的正式定义。 主要英语知识点: 1. linear combination(词义与语域):理解它在数学中专指先用标量缩放向量再把结果相加,从而能准确跟随定义,而不会把 combination 当成没有限制的普通“组合”。 2. turning two different knobs(习语与比喻表达):识别“转动两个旋钮”的控制器隐喻,明白每个旋钮对应一个自由变化的标量,并用它想象结果如何形成直线、平面或三维空间。 3. In other words,(语篇、叙事与修辞):看出这个改述标记如何把“张成空间不变”等抽象判断换成等价的实际后果,并学会在技术术语与直观解释之间建立清楚连接。

本篇讲解

In the last video, along with the ideas of vector addition and scalar multiplication, I described vector coordinates

0:11

在上个视频中,除了向量加法和标量乘法之外,我还介绍了向量坐标,

where there's this back and forth between, 習語

0:17

其中存在着一种来回转换的关系,

for example,

0:19

例如,

pairs of numbers and two-dimensional vectors.

0:20

在数字对和二维向量之间。

習語

back and forth:两种表示之间的来回对应

这里的 back and forth 不是指身体在空间中前后移动。它表示一种双向对应:一个数对可以表示一个二维向量,而这个向量也可以再用它的一对坐标来描述。 更一般地说,back and forth between A and B 表示在 A 和 B 两端之间反复切换、交流或双向移动。

练习

在原句中,back and forth 表明数对和二维向量之间是什么关系?

  1. 两者可以建立联系或进行双向转换。
  2. 它们会在空间中前后移动。
  3. 一种表示会永久取代另一种。
查看答案

两者可以建立联系或进行双向转换。

Now, I imagine the vector coordinates were already familiar to a lot of you,

0:23

现在,我想你们中很多人对向量坐标已经很熟悉了,

but there's another kind of interesting way to think about these coordinates, 表達脈絡

0:27

但还有另一种有趣的方式来思考这些坐标,

which is pretty central to linear algebra.

0:30

这在线性代数中处于非常核心的地位。

表達脈絡

way to think about:引出新的理解视角

在这句话中,a way to think about these coordinates 指理解这些坐标的一种概念视角。说话人是在引入一种新的思维模型,而不是在说现实中的道路或一套操作步骤。 a way to think about + 主题 这个框架会先告诉听者接下来要出现一种新的理解方式,从而组织后面的讲解。之后的从句还可以继续说明这个视角为什么重要。

练习

用本课中表示“引入概念视角”的四词目标表达补全句子:One ____ climate data is as a record of long-term patterns.

查看答案

way to think about

When you have a pair of numbers that's meant to describe a vector, 語法

0:32

当你有一对用来描述向量的数字时,

語法

Be meant to describe:表示预期用途

在 be meant to + 动词原形 结构中,meant 表示预期的目的或功能。这里,这对数字的预期作用是描述一个向量。 可以用这个结构理解某个事物被设定的用途:X is meant to do Y。

练习

使用 be meant to 结构完成句子:This map symbol ____ show where the hospital is.

查看答案

is meant to

like 3 -2,

0:35

比如 3 和 -2,

I want you to think about each coordinate as a scalar, 語法

0:37

我希望你把每个坐标都看作一个标量,

語法

Think about A as B:用一种模型理解 A

Think about A as B 是让听者用 B 这一方式来理解 A。这里,在当前讲解中,每个坐标都被看作一个标量。 这个结构提出的是一种观察角度或模型,并不一定断言 A 和 B 在所有语境中都完全相同。

练习

使用 think about ... as 完成句子:In this model, ____ the computer network ____ a system of roads.

查看答案

think about · as

meaning think about how each one stretches or squishes vectors.

0:40

意思是想想它们各自是如何拉伸或压缩向量的。

In the XY coordinate system,

0:45

在 XY 坐标系中,

there are two very special vectors.

0:46

有两个非常特殊的向量。

The one pointing to the right with length one,

0:48

一个指向右侧,长度为 1,

commonly called i-hat or the unit vector in the X direction,

0:51

通常被称为 i-hat,或者 X 方向上的单位向量,

and the one pointing straight up with length one,

0:55

另一个径直向上,长度为 1,

commonly called j-hat, or the unit vector in the Y direction.

0:57

通常被称为 j-hat,或者 Y 方向上的单位向量。

Now, think of the X coordinate of our vector as a scalar that scales i-hat,

1:02

现在,把我们向量的 X 坐标看作是一个缩放 i-hat 的标量,

stretching it by a factor of 3, 短語搭配

1:06

将其拉伸为原来的 3 倍,

短語搭配

by a factor of 3:变为原来的三倍

在这句话中,by a factor of 3 给出了拉伸时使用的乘数。每段长度都会变成原来的三倍:如果原来是 x,拉伸后就是 3x。 by a factor of n 这个结构描述的是倍数变化,计算时要以原来的量为起点。

练习

用表示“变为原来三倍”的准确倍数短语完成句子:The new machine tripled its output, so output increased ____.

查看答案

by a factor of 3

and the Y coordinate as a scalar that scales j-hat,

1:08

并把 Y 坐标看作是一个缩放 j-hat 的标量,

flipping it and stretching it by a factor of 2.

1:12

将其翻转并拉伸为原来的 2 倍。

In this sense,

1:14

从这个意义上说,

the vector that these coordinates describe

1:15

这些坐标所描述的向量

is the sum of two scaled vectors.

1:18

就是两个经过缩放的向量之和。

That's a surprisingly important concept,

1:20

这是一个出人意料的重要概念,

this idea of adding together two scaled vectors.

1:22

即将两个缩放后的向量相加的想法。

Those two vectors i-hat and j-hat have a special name,

1:27

顺便说一下,i-hat 和 j-hat 这两个向量

by the way.

1:29

有一个特殊的名字。

Together, they're called the basis of a coordinate system.

1:30

它们一起被称为坐标系的“基”。

What this means basically

1:34

基本上,这意味着

is that when you think about coordinates as scalars,

1:35

当你把坐标看作标量时,

the basis vectors are what those scalars actually,

1:38

基向量就是这些标量实际去,

you know, scale.

1:40

你知道,去缩放的对象。

There's also a more technical definition,

1:42

这里还有一个更专业的定义,

but I'll get to that later.

1:44

但我稍后会讲到。

By framing our coordinate system in terms of these two special basis vectors, 短語搭配

1:47

通过用这两个特殊的基向量来构建我们的坐标系,

短語搭配

in terms of:指出所采用的表达框架

在这句话中,in terms of 引出描述坐标系时采用的框架。这两个基向量不只是谈论的话题,而是用来表示坐标的基本组成部分。 更一般地说,in terms of X 可以提示听者:接下来要把 X 当作观察角度、变量或判断标准。

练习

哪个表达说明 speed 和 time 是用来表示 distance 的变量?The formula expresses distance ___ speed and time.

  1. instead of
  2. with regard to
  3. in terms of
查看答案

in terms of

it raises a pretty interesting and subtle point. 短語搭配

1:51

引出了一个非常有趣且微妙的观点。

短語搭配

raise a pretty interesting and subtle point:提出一个供讨论的问题

在 raise a point 中,raise 表示“提出供讨论”,point 表示值得考虑的问题或想法。在本句中,这个短语说明:选择这些基向量会引出一个说话人接下来想要分析的问题。 pretty interesting and subtle 对这个问题作出评价:在这种较口语化的学术表达中,pretty 表示“相当”,subtle 表示它不容易被注意到,或需要仔细思考。可以用 raise a point 把讨论转向一个值得关注的问题。

练习

用表示“提出一个供讨论的问题”的两个英文单词完成句子:Before we decide, I want to ____ about the cost.

查看答案

raise a point

We could have chosen different basis vectors 語法

1:54

我们完全可以选择不同的基向量,

and gotten a completely reasonable new coordinate system.

1:56

从而得到一个完全合理的新坐标系。

語法

could have chosen ... and gotten:过去未采用的选择及其结果

Could have + 过去分词用于回看过去曾经存在、但没有采用的可能选择。这里的 could have chosen 表示当时可以选择其他基向量,而不是说话人现在有能力选择它们。 Chosen 和 gotten 是 could have 后并列的两个过去分词:we could have [chosen different basis vectors] and [gotten a new coordinate system]。同一个情态结构同时支配两个动作,第二个动作是第一个选择可能带来的结果。在这种用法中,gotten 是美国英语中 get 常见的过去分词。

练习

哪一个句子正确地回顾了过去存在但没有采用的选择及其可能结果?

  1. We should have taken the earlier train and gotten there before noon.
  2. We could take the earlier train and got there before noon.
  3. We could have taken the earlier train and gotten there before noon.
查看答案

We could have taken the earlier train and gotten there before noon.

For example, take some vector pointing up and to the right,

2:01

例如,拿一个指向右上方某处的向量,

along with some other vector pointing down and to the right in some way.

2:03

再加上另一个以某种方式指向右下方的向量。

Take a moment to think about all the different vectors that you can get

2:07

花点时间想一想你可以得到的所有不同向量,

by choosing two scalars,

2:10

通过选择两个标量,

using each one to scale one of the vectors,

2:12

分别用它们来缩放这两个向量中的一个,

then adding together what you get.

2:15

然后把得到的结果加起来。

Which two-dimensional vectors can you reach by altering the choices of scalars?

2:17

通过改变标量的选择,你可以得到哪些二维向量呢?

The answer is that you can reach every possible two-dimensional vector,

2:24

答案是你可以得到每一个可能的二维向量,

and I think it's a good puzzle to contemplate why.

2:28

我觉得思考一下为什么会这样,是个不错的谜题。

A new pair of basis vectors like this

2:32

像这样的一对新基向量,

still gives us a valid way to go back and forth between pairs of numbers

2:34

仍然为我们提供了一种有效的方式,在数字对

and two-dimensional vectors,

2:38

和二维向量之间来回转换,

but the association is definitely different from the one that you get

2:39

但这种对应关系肯定不同于你使用

using the more standard basis of i-hat and j-hat.

2:42

更标准的 i-hat 和 j-hat 基底所得到的对应关系。

This is something I'll go into much more detail on later, 短語動詞

2:46

这一点我会在以后进行更详细的探讨,

短語動詞

go into much more detail on:更深入地讲解某个主题

在这句话中,go into much more detail on 表示“更深入、更详细地讨论或解释某件事”。这里的 go into 不是指实际进入某个地方,而是指深入讲解某个主题。 在 something I'll go into much more detail on later 这一结构中,something 是关系从句里 on 在语义上对应的宾语。later 告诉听者,更完整的解释会留到后面。

练习

用 go into + much more detail + on 完成句子:In tomorrow's meeting, we'll ____ the safety plan.

查看答案

go into much more detail on

describing the exact relationship between different coordinate systems,

2:49

描述不同坐标系之间的确切关系,

but for right now, I just want you to appreciate the fact that

2:52

但就目前而言,我只希望你们能体会到这样一个事实:

any time we describe vectors numerically,

2:55

任何时候我们用数字来描述向量,

it depends on an implicit choice of what basis vectors we're using. 短語搭配

2:57

都依赖于我们隐含选择了什么样的基向量。

短語搭配

depends on an implicit choice of what ... we're using:取决于一个未明说的选择

Depends on 表示某件事由另一件事决定或受到它的影响。An implicit choice 指一个虽然没有被明确说出、却实际发挥作用的选择;它不一定是随意的,也不代表不重要。 what basis vectors we're using 这部分具体说明了这个隐藏选择的内容。这里的重点是,数值描述会随着所选基向量而改变,因此它并不独立于这个未明说的设定。

练习

在句子 'The result depends on an implicit choice of coordinate system,' 中,'implicit choice' 是什么意思?

  1. 一个粗心而随意作出的选择
  2. 一个对结果没有任何影响的选择
  3. 一个会影响结果、但没有被直接说明的选择
查看答案

一个会影响结果、但没有被直接说明的选择

So, any time that you're scaling two vectors and adding them like this,

3:02

那么,任何时候你像这样缩放两个向量并把它们相加,

it's called a linear combination of those two vectors. 用詞

3:05

就被称为这两个向量的“线性组合”。

用詞

线性组合

线性组合是指先用标量,也就是普通数字,分别乘以每个向量,再把所得向量相加。在本句中,“对两个向量进行数乘再相加”就是这个术语的定义。 这个概念不限于两个向量:多个向量的线性组合可写成 a₁v₁ + ... + aₙvₙ。这里的 linear 指这种“数乘后相加”的规则,不只是指空间中画出的一条直线。

练习

用表示“对向量进行数乘后再相加”的数学术语补全句子:After multiplying two vectors by scalar numbers and adding the results, you get a ____ of the original vectors.

查看答案

linear combination

Where does this word linear come from?

3:11

“线性”这个词从何而来?

Why does this have anything to do with lines? 短語搭配

3:12

为什么它会和线扯上关系?

短語搭配

与……有任何关系

表达 have anything to do with 用来询问一件事是否以任何方式与另一件事有关。在 Why does this have anything to do with lines? 中,说话人是在质疑这种联系,而不是说这种联系已经得到证明。 结构是 have + anything + to do with + 名词或话题。在疑问句和否定句中,anything 表示哪怕只有很小的关联也算。

练习

用表示“以任何方式与……有关”的目标表达补全问题:Does this symbol ____ the answer?

查看答案

have anything to do with

Well, this isn't the etymology,

3:14

嗯,这不是词源学上的解释,

but one way I like to think about it is that 表達脈絡

3:16

但我喜欢这样去理解:

if you fix one of those scalars and let the other one change its value freely,

3:18

如果你固定其中一个标量,让另一个标量自由改变其数值,

the tip of the resulting vector draws a straight line.

3:22

那么合成向量的尖端就会画出一条直线。

表達脈絡

one way I like to think about it is that:引出一个有帮助的心智模型

one way I like to think about it is that 用来引出说话者个人理解某件事的一种方式。one way 表明这只是一个可能的视角,而不是唯一正确的解释。 is that 后面给出这个心智模型的具体内容。在本句中,固定一个标量的图景被当作理解工具。这个框架先提出一个有帮助的视角,再用 that 从句说明视角的内容,从而组织复杂讲解。

练习

请使用本课中表达个人视角的完整框架补全句子:____ a budget ____ it is a plan for your money.

查看答案

One way I like to think about · is that

Now, if you let both scalars range freely 語法

3:29

现在,如果你让两个标量都自由变化,

語法

Let both scalars range freely:let + 宾语 + 动词原形

在 let both scalars range freely 中,let 表示允许或让。它后面依次接宾语 both scalars 和动词原形 range,中间不加 to。 这里的 range 是动词,表示在允许的取值范围内变化或取得不同的值。freely 表示两个标量都没有被固定,但它们仍可能受到数学取值范围的限制。

练习

请用 let 和 range 的正确形式补全指令:In this experiment, ____ the pressure ____ freely while the temperature stays fixed.

查看答案

let · range

and consider every possible vector that you can get,

3:31

考虑到你能得到的每一个可能的向量,

there are two things that can happen.

3:34

可能会发生两件事。

For most pairs of vectors,

3:36

对于大多数的向量对,

you'll be able to reach every possible point in the plane.

3:37

你将能够到达平面上的每一个可能的点。

Every two-dimensional vector is within your grasp. 習語

3:40

每一个二维向量都在你的掌控之中。

習語

within your grasp:可以实现或掌控

within your grasp 表示“你有可能实现、获得或理解”。它把用手抓住某物的动作变成了表示能力或掌控力的比喻。 在这里,它表示只要适当选择两个标量,就能构造出任意二维向量。它不是说这些向量真的就在手边。

练习

在“After weeks of practice, the difficult routine is within your grasp”中,within your grasp 是什么意思?

  1. 你已经完美地完成过这套动作。
  2. 你现在有能力掌握这套动作。
  3. 这套动作在身体距离上靠近你的手。
查看答案

你现在有能力掌握这套动作。

However, in the unlucky case where your two original vectors happen to line up, 短語動詞

3:43

然而,在运气不好的情况下,你最初的两个向量碰巧共线了,

the tip of the resulting vector is limited to just this single line passing through the origin.

3:47

那么合成向量的尖端就仅仅被限制在这条穿过原点的直线上。

短語動詞

line up:在同一条直线上对齐

这里的 line up 表示“在同一条直线上对齐”。对于从原点沿这条直线画出的向量,一个向量可以是另一个向量的标量倍数;它们不一定指向同一方向。 这个短语动词在本句中不是说人们排队。可以迁移的核心意思是:不同的事物具有相同的对齐关系或匹配位置。

练习

判断正误:在这里的几何用法中,即使两个向量在同一直线上指向相反方向,它们也可以 line up。

  1. 错误
  2. 正确
查看答案

正确

Actually, technically, there's a third possibility, too.

3:53

实际上,严格来说,还有第三种可能性。

Both your vectors could be zero,

3:56

你的两个向量都可能是零,

in which case you'd just be stuck at the origin. 語法

3:58

在这种情况下,你就只能困在原点。

語法

in which case:连接一种情况及其结果

in which case 表示“如果发生这种情况”或“如果这种情况属实”。这里的 which 回指前面“两个向量都为零”这一整个可能情况,而不只是 zero 这个词。 结构是“[可能的情况], in which case + [结果]”。它在一个句子中把类似条件的情况直接连接到其后果。

练习

请用一个表示“如果发生这种情况”的三个单词关系连接语完成句子:The road may freeze tonight, ____ the morning bus will be delayed.

查看答案

in which case

Here's some more terminology.

4:01

下面再介绍一些术语。

The set of all possible vectors that you can reach with a linear combination of a given pair of vectors

4:02

通过给定的一对向量的线性组合所能得到的所有可能向量的集合,

is called the span of those two vectors. 用詞

4:08

被称为这两个向量的“张成”。

用詞

这两个向量的张成空间:完整的生成集合

在线性代数中,两个向量的张成空间,是把每个原向量乘以任意标量后再相加所能得到的所有向量组成的完整集合。对向量 u 和 v 来说,张成空间中的每个向量都可以写成 au + bv。 这里的 reach 是“通过缩放和相加得到”,不是在物理空间中移动。根据原向量的情况,它们的张成空间可能是一条直线、一个平面,或只有原点。

练习

以下哪一项正确描述了向量 u 和 v 的 span?

  1. 连接 u 和 v 端点的线段
  2. 由固定的一组 a 和 b 得到的一个向量 au + bv
  3. a 和 b 为任意标量时所有 au + bv 形式的向量组成的集合
查看答案

a 和 b 为任意标量时所有 au + bv 形式的向量组成的集合

So, restating what we just saw in this lingo,

4:14

所以,用这个行话重述我们刚才看到的现象,

the span of most pairs of 2D vectors is all vectors of 2D space,

4:16

大多数二维向量对的张成是整个二维空间的所有向量,

but when they line up,

4:21

但当它们共线时,

their span is all vectors whose tip sit on a certain line.

4:22

它们的张成就是尖端落在某条特定直线上的所有向量。

Remember how I said that linear algebra revolves around vector addition and scalar multiplication? 習語

4:27

还记得我曾说过,线性代数是围绕向量加法和标量乘法展开的吗?

習語

revolves around:指出核心主题

这里的 revolves around 表示“把某事物作为核心主题或组织中心”。线性代数主要围绕向量加法和标量乘法来组织,并不是真的有什么东西在绕着这些运算旋转。 结构是 X revolves around Y。它用来指出 X 最依赖、最关注或主要讨论的想法、活动或关系。

练习

用 revolve around 的正确形式完成句子:The school play ____ a girl who finds a hidden door.

查看答案

revolves around

Well, the span of two vectors is basically a way of asking,

4:32

那么,两个向量的张成基本上就是一种提问方式,即

what are all the possible vectors you can reach

4:35

你所能到达的所有可能向量是什么

using only these two fundamental operations,

4:37

仅仅使用这两种基本运算:

vector addition and scalar multiplication?

4:40

向量加法和标量乘法?

This is a good time to talk about how people commonly think about vectors as points.

4:43

现在正好适合谈谈人们通常如何把向量看作点。

It gets really crowded to think about a whole collection of vectors sitting on a line,

4:47

想象整整一组向量落在一条直线上会显得非常拥挤,

and more crowded still to think about all two-dimensional vectors all at once filling up the plane.

4:52

想象所有二维向量一下子填满整个平面就更拥挤了。

So, when dealing with collections of vectors like this,

4:57

所以,在处理像这样的一组向量时,

it's common to represent each one with just a point in space.

4:59

通常只用空间中的一个点来表示每一个向量。

The point at the tip of that vector,

5:03

也就是那个向量尖端所在位置的点,

where, as usual, I want you thinking about that vector with its tail on the origin.

5:05

当然,像往常一样,我希望你想象那个向量的尾部在原点。

That way, if you want to think about every possible vector whose tip sits on a certain line,

5:10

这样一来,如果你想思考尖端在某条特定直线上的每一个可能的向量,

just think about the line itself.

5:15

只要思考那条直线本身就行了。

Likewise, to think about all possible two-dimensional vectors all at once,

5:20

同样地,要同时思考所有可能的二维向量,

conceptualize each one as the point where its tip sits.

5:24

可以把每一个向量概念化为其尖端所在的那个点。

So, in effect, what you'll be thinking about is the infinite flat sheet of two-dimensional space itself,

5:27

这样,实际上你所思考的就是二维空间本身那张无限的平面,

leaving the arrows out of it. 短語動詞

5:32

而把箭头抛开不管。

短語動詞

leaving the arrows out:从图示中省略一个元素

leaving the arrows out 的意思是“在图示或思考方式中不把箭头包括进去”。它不是把箭头放到外面的某个地方;说话人只是暂时把注意力放在平面本身。 结构是 leave + 宾语 + out。要说明从哪里省略,可以加 of + 来源:leave the arrows out of the picture。这里的 leaving... 是一个 -ing 分句,用来说明以什么方式看待这个平面。

练习

用 leave ... out 的正确形式完成句子:To keep the list short, we are ____ the optional details ____.

查看答案

leaving · out

In general, if you're thinking about a vector on its own, 短語搭配

5:36

一般来说,如果你在单独思考一个向量,

think of it as an arrow.

5:38

就把它看作一个箭头。

短語搭配

on its own:单独考虑

在本句中,on its own 表示“与其他向量分开、单独考虑”。说话人先让你把一个向量本身想象成箭头,再去考虑一组向量。 这个短语也可以表示“没有帮助、独自完成”,但这里不是这个意思。这里的 own 不是在强调谁拥有这个向量;整个短语表示它在当前情境中是分开或独立的。

练习

哪句话中的 on its own 表示“与其他证据分开考虑”?

  1. On its own, this clue does not prove the claim.
  2. The lawyer placed the clue on the table.
  3. The machine developed a rhythm of its own.
查看答案

On its own, this clue does not prove the claim.

And if you're dealing with a collection of vectors,

5:40

而如果你在处理一组向量,

it's convenient to think of them all as points.

5:42

把它们全看作点会更方便。

So, for our span example,

5:45

那么,对于我们关于张成的例子,

the span of most pairs of vectors ends up being the entire infinite sheet of two-dimensional space, 短語動詞

5:46

大多数向量对的张成最终就是整个无限的二维平面,

but if they line up,

5:52

但如果它们共线,

their span is just a line.

5:53

它们的张成就是一条线。

短語動詞

ends up being:最终结果是

Ends up being 引出经过某个过程、计算或一连串事件后得到的最终结果。这里的计算表明,大多数向量对的张成空间最终是整个无限的二维平面。 结构是 end up + -ing 形式,因此 be 要变成 being:X ends up being Y。这个结果可以符合预期,也可以出乎意料;它可以是正面的、负面的或中性的。

练习

用表示最终结果的目标三词短语完成句子:After all the repairs, the old bike may ____ safer than the new one.

查看答案

end up being

The idea of span gets a lot more interesting if we start thinking about vectors in three-dimensional space.

5:58

如果我们开始思考三维空间中的向量,“张成”的概念会变得有趣得多。

For example,

6:03

例如,

if you take two vectors in 3D space that are not pointing in the same direction,

6:04

如果你在三维空间中选取两个指向不同方向的向量,

what does it mean to take their span?

6:09

它们的张成意味着什么?

Well, their span is the collection of all possible linear combinations of those two vectors,

6:13

嗯,它们的张成就是这两个向量所有可能的线性组合的集合,

meaning all possible vectors you get by scaling each of the two of them in some way

6:19

意思是,通过某种方式缩放它们两个,

and then adding them together.

6:23

然后把它们加在一起所能得到的所有可能的向量。

You can kind of imagine turning two different knobs to change the two scalars defining the linear combination, 習語

6:25

你可以想象一下转动两个不同的旋钮,来改变定义线性组合的这两个标量,

adding the scaled vectors and following the tip of the resulting vector.

6:31

把缩放后的向量相加,并跟着合成向量的尖端走。

That tip will trace out some kind of flat sheet cutting through the origin of three-dimensional space.

6:35

那个尖端会描绘出某种穿过三维空间原点的平面。

習語

“turning two different knobs”:用旋钮比喻参数

这里的“turning two different knobs”是一个比喻,并没有真实的旋钮。可以想象每个旋钮控制一个标量,转动旋钮就是改变该标量的数值。 这个比喻把输入的变化对应到输出的变化。两个标量的设定变化时,缩放后的向量及其和也会变化,所以结果向量的端点会移动。这是把可调参数讲得更具体的一种常见方法。

练习

在数学讲解中,“turning two different knobs”最可能表示什么?

  1. 调节两个相互独立的标量值
  2. 转动安装在向量上的两个真实控制器
  3. 只选择一个向量的长度
查看答案

调节两个相互独立的标量值

This flat sheet is the span of the two vectors,

6:41

这个平面就是这两个向量的张成,

or more precisely, the set of all possible vectors whose tips sit on that flat sheet is the span of your two vectors. 表達脈絡

6:45

或者更准确地说,尖端落在那个平面上的所有可能向量的集合就是这两个向量的张成。

表達脈絡

more precisely,:从直观图像收紧到精确定义

more precisely 表示说话人要把一个有帮助但不够严谨的说法换成更严格的说法。前一句把这个平面状区域称为张成空间;修正后的表述则把张成空间定义为所有端点位于该平面上的向量所构成的集合。 它把信息分成两步组织:先给出直观图像,再收紧或修正措辞,让定义具有准确的边界。

练习

选择最合适的表达:“The package weighs about two kilos—or, ___, 1.86 kilos.”

  1. more precisely
  2. in other words
  3. for example
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more precisely

Isn't that a beautiful mental image?

6:51

这是一个美丽的心理图像,不是吗?

So, what happens if we add a third vector and consider the span of all three of those guys?

6:54

那么,如果我们加上第三个向量,并考虑这三个家伙的张成,会发生什么呢?

A linear combination of three vectors is defined pretty much the same way as it is for two.

7:00

三个向量的线性组合的定义与两个向量的定义非常相似。

You'll choose three different scalars,

7:05

你将选择三个不同的标量,

scale each of those vectors,

7:07

缩放那几个向量中的每一个,

and then add them all together.

7:08

然后把它们全加起来。

And again, the span of these vectors is the set of all possible linear combinations.

7:16

同样,这些向量的张成就是所有可能线性组合的集合。

Two different things could happen here.

7:24

这里可能会发生两种不同的情况。

If your third vector happens to be sitting on the span of the first two,

7:26

如果你的第三个向量碰巧落在前两个向量的张成平面上,

then the span doesn't change.

7:30

那么张成不会改变。

You're sort of trapped on that same flat sheet.

7:31

你可以说是被困在同一个平面上了。

In other words, adding a scaled version of that third vector to the linear combination 表達脈絡

7:34

换句话说,在线性组合中加入第三个向量的缩放版本

doesn't really give you access to any new vectors.

7:38

并不能真正让你接触到任何新的向量。

表達脈絡

In other words, ...:重述同一个结论

In other words, 用在一句话之后,表示要用更清楚或更具体的方式重述同一个意思。 这里,它把“张成空间不变”改述为“加入第三个向量也得不到新向量”;它不是在引出新的原因、例子或相反观点。

练习

哪个句子用 In other words, 重述同一个意思,而不是引出例子?

  1. The store has sold out of tickets. However, we cannot buy any more.
  2. The store has sold out of tickets. In other words, we cannot buy any more.
  3. The store has sold out of tickets. For example, we cannot buy any more.
查看答案

The store has sold out of tickets. In other words, we cannot buy any more.

But if you just randomly choose a third vector,

7:42

但是如果你只是随机选择一个第三向量,

it's almost certainly not sitting on the span of those first two.

7:45

它几乎肯定不会落在前两个向量的张成上。

Then, since it's pointing in a separate direction,

7:48

那么,既然它指向一个单独的方向,

it unlocks access to every possible three-dimensional vector. 習語

7:51

它就解锁了通往每一个可能的三维向量的通道。

習語

unlocks access to:打开新的可能性通道

unlocks access to 是一种比喻说法,表示某个条件、工具或发现让原本无法获得的一组可能性变得可以触及。 这里的 it 指新的独立向量:加入它后,线性组合能够得到每一个三维向量。这里没有真正的锁,也不是账号权限。

练习

哪个句子用 unlocks access to 表示某个变化让新的选择变得可用?

  1. The new certificate prevents students from applying for jobs that require specialized training.
  2. The new certificate unlocks access to jobs that require specialized training.
  3. The new certificate gives information about jobs that require specialized training.
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The new certificate unlocks access to jobs that require specialized training.

One way I like to think about this is that as you scale that new third vector,

7:55

我喜欢的一种理解方式是,当你缩放那个新的第三个向量时,

it moves around that span sheet of the first two,

7:59

它会在前两个向量张成的那张平面上四处移动,

sweeping it through all of space.

8:02

让其扫过整个空间。

Another way to think about it is that you're making full use of the three freely changing scalars that you have at your disposal 習語

8:05

另一种理解方式是,你充分利用了任你支配的三个可自由改变的标量

to access the full three dimensions of space.

8:11

来访问空间的完整三个维度。

習語

at your disposal:可供你使用

at your disposal 表示某样东西可供你根据需要使用、支配或选择。本句中,三个标量就是可用的资源:每一个都可以改变,从而帮助到达三维空间中的各个位置。 这个短语比 simply have 语气更强,也更正式,重点是你可以主动利用什么。在这个表达中,disposal 不是“丢弃或处理废物”的意思。

练习

用表示“可供你使用”的三词短语完成句子:You have several research tools ____.

查看答案

at your disposal

Now, in the case where the third vector was already sitting on the span of the first two,

8:16

现在,在第三个向量已经位于前两个向量的张成平面的情况下,

or the case where two vectors happen to line up,

8:21

或者是两个向量碰巧共线的情况下,

we want some terminology to describe the fact that at least one of these vectors is redundant, 用詞

8:23

我们需要一些术语来描述这样一个事实:这些向量中至少有一个是多余的,

not adding anything to our span.

8:28

并没有给我们的张成增加任何东西。

用詞

redundant:没有增加任何新内容

Redundant 表示某个部分没有增加新的功能、信息或结果,因此是多余的。本句中,至少有一个向量是冗余的,因为删去它并不会缩小这些向量的张成空间。 在技术语境里,判断标准不是两个东西看起来是否完全相同。一个向量即使与其他向量不同,只要其余向量已经能产生它所贡献的一切,它仍然可能是冗余的。

练习

在句子 “This fourth vector is redundant.” 中,redundant 是什么意思?

  1. 它一定比其他向量更长。
  2. 它指向相反的方向。
  3. 它没有给张成空间增加新的可达范围。
查看答案

它没有给张成空间增加新的可达范围。

Whenever this happens, where you have multiple vectors and you could remove one without reducing the span,

8:30

每当这种情况发生,也就是当你有多个向量,且移除其中一个不会缩小张成时,

the relevant terminology is to say that they are linearly dependent. 用詞

8:35

相关的术语是说它们“线性相关”。

用詞

linearly dependent:向量组的线性相关性

linearly dependent 描述的是一组向量之间的关系,不是日常生活中的个人依赖。这组向量中存在冗余:至少有一个向量可以通过对其他向量进行数乘再相加得到。 一个等价的判断方法是:删去某个向量后,张成空间仍然不变。用方程表示,就是存在不全为零的系数,使 c1v1 + ... + cnvn = 0。

练习

一个向量组包含 v1、v2 和 v3,且 v3 = 2v1 - v2。请完成英文结论:The vectors are ____.

查看答案

linearly dependent

Another way of phrasing that would be to say that one of the vectors can be expressed as a linear combination of the others, 短語搭配

8:40

另一种表达方式是说其中一个向量可以表示为其他向量的线性组合,

since it's already in the span of the others.

8:46

因为它已经处于其他向量的张成之中。

短語搭配

can be expressed as a linear combination of the others:表示为其他向量的线性组合

can be expressed as a linear combination of the others 是一种技术说明中常用的被动结构。X can be expressed as Y 表示 X 能够以 Y 这种形式来表示。在这里,要选择合适的标量乘以其他向量,再把所得结果相加,得到目标向量。 结构是 [vector] + can be expressed as + a linear combination of + [other vectors]。as 引出数学表示形式,of 则指出构成这个线性组合的向量。

练习

请用目标被动结构完成英文句子:The vector v ____ a linear combination of u and w.

查看答案

can be expressed as

On the other hand, 表達脈絡

8:52

另一方面,

if each vector really does add another dimension to the span, 語法

8:53

如果每一个向量确实都为张成增加了一个新的维度,

they're said to be linearly independent. 用詞

8:57

它们就被称为“线性无关”。

表達脈絡

On the other hand:表示对比的连接语

On the other hand 告诉听者,讲解正转向对比中的另一面。这里,它引出“每个向量都会增加一个新维度”的情形,与前面“某个向量不会扩大张成空间”的情形相对。 这个短语把两种不同的条件及其结果组织起来:先考虑一种情况,再看另一面。它不是字面上的“另一只手”,也不只是表示下一步的普通衔接语。

练习

哪个连接语最适合补全这组对比?“One plan is cheaper. _____, the other plan will last much longer.”

  1. Then
  2. In addition
  3. On the other hand
查看答案

On the other hand

語法

does add 中表示强调的 does

在 does add 中,does 是助动词 do 的强调形式。不带强调的说法是 each vector adds another dimension;加入 does 后,就突出这个动作确实发生,常用于回应质疑,或与另一种情况形成对比。 does 后要用动词原形 add,不能用 adds 或 added。does 承担一般现在时,并与单数主语 each vector 保持一致;add 提供主要动作含义。本句中的 really 又加强了一层语气,但强调用的 does 不必和 really 一起出现。

练习

请用 add 的强调性一般现在时完成纠正:“You said this change has no effect, but it ____ value.”

查看答案

does add

用詞

linearly independent(线性无关)

在线性代数中,如果一组向量中的任何一个都不能写成其余向量的线性组合,那么这些向量就是线性无关的。换句话说,把各向量乘以数再相加得到零向量时,唯一的方法是让每个系数都为零。 在这个句子中,每个向量都会给张成空间增加一个新方向,因此没有向量是多余的。这里的 independent 描述的是这种数学关系,不是人的“独立自主”。

练习

请用一个由两个词组成的线性代数术语完成句子:Because no vector in the set can be written as a linear combination of the others, the vectors are ____.

查看答案

linearly independent

So, with all of that terminology and hopefully with some good mental images to go with it,

9:06

那么,有了这些术语,希望脑海中也有了与之匹配的良好画面,

let me leave you with a puzzle before we go. 短語搭配

9:10

让我们在结束前留下一个谜题。

短語搭配

let me leave you with a puzzle(最后留给你一道思考题)

leave someone with something 这个结构表示在结束时给某人留下一个问题、想法、感受或任务,让它在结束后仍留在对方心里。这里,说话人在结束课程前给听众留下一道可以继续思考的题。 Let me 让这个过渡显得温和、自然。这里的 leave 不是指人走开,而是强调听众心里还留下了什么。

练习

请用表示“给你留下某件事继续思考”的三个词完成结束语:Let me ____ one final question.

查看答案

leave you with

The technical definition of a basis of a space is a set of linearly independent vectors that span that space. 用詞

9:12

一个空间的“基”的专业定义是,一组张成该空间的线性无关的向量。

用詞

空间的基:线性无关并张成整个空间

在线性代数中,空间的基是一组同时满足两个条件的向量:这些向量线性无关,并且它们的线性组合能张成整个空间。of a space 表明这里说的是哪个具体的向量空间。 这两个条件都不可少。张成空间意味着这组向量能生成空间中的每一个向量;线性无关意味着其中没有多余的向量。二者结合,能保证空间中的每个向量都恰好有一种用基向量的线性组合表示的方法。这里的 basis 是专业术语,不是日常所说的出发点、基础或依据。

练习

下列哪一种集合是向量空间的一组基?

  1. 任意线性无关集,即使它不能张成整个空间
  2. 一组线性无关且张成整个空间的向量
  3. 一组可能包含线性相关向量的张成集
查看答案

一组线性无关且张成整个空间的向量

Now, given how I described a basis earlier,

9:21

现在,考虑到我之前是如何描述基的,

and given your current understanding of the words span and linearly independent,

9:24

并考虑到你目前对“张成”和“线性无关”这两个词的理解,

think about why this definition would make sense.

9:29

想一想为什么这个定义是有道理的。

In the next video,

9:34

在下个视频中,

I'll get into matrices in transforming space.

9:34

我将探讨矩阵与空间变换。

See you then.

9:37

到时见。