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线性代数
第12次开课
开课时间: 2025年02月13日 ~ 2025年06月10日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第8周,共17周 已有 5724 人参加
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spContent=本课程讲授线性代数理论的最基本部分的内容。它尝试解析几何的一般化,研究加减乘除的理论,初步感受表示方法理论,融抽象、直观、共性研究为一体。
本课程讲授线性代数理论的最基本部分的内容。它尝试解析几何的一般化,研究加减乘除的理论,初步感受表示方法理论,融抽象、直观、共性研究为一体。
—— 课程团队
课程概述

《线性代数》课程是数学类《高等代数》课程的简略版。课程所涉及到的内容是科学与工程领域中的基本知识。多年来,《线性代数》课程也是国内外理工农医等专业的基础必修课程。

本MOOC视频涉及《线性代数》课程传统的7个方面的内容:线性方程组的求解、行列式与矩阵、n维(元)向量空间、欧氏空间 、方阵的可相似对角化的判定以及二次型。

本课程讲授线性方程组求解的Gauss方法以及所涉及的相关理论、以行列式的介绍引出矩阵秩的概念,并基于此说明线性方程组求解过程中的不变量;化较多的篇幅讨论矩阵的基本运算及其相关理论;力求从直观的角度出发,讲授n维(元)向量空间及欧氏空间的基本内容,通过建立n维(元)向量空间的基及构建欧氏空间的标准正交基,尝试将平面和空间解析几何中的基本观点一般化;学习方阵特征值、特征向量的基本理论及其计算方法,探讨方阵可相似对角化的条件以及判定过程,实施实对称矩阵经正交阵可相似对角化的具体算法过程;引导听众了解二次型的基本理论,介绍正定矩阵相关的概念以及简单的判别方法。

本视频教程依内容分成七个部分。共139个视频,约980分钟。 在多数情况下,一个视频涉及一个基本内容。在讲授过程中,我们力求直观与抽象的结合。 听众需要通过回答问题、做测试等工作完成本课程的学习。

授课目标

掌握线性代数理论中的基本内容:线性方程组的求解基本技能、矩阵的基本运算及其性质、多维多元向量空间的理论、矩阵相似对角化的意义及判断、二次型的基本理论。为后续的学习打下必要的基础。

课程大纲

第1周 线性方程组求解

1.1线性方程组的形式及相关概念

1.2.1线性方程组的初等变换

1.2.2初等变换化(出)阶梯形线性方程组

1.3.1线性方程组有唯一解的条件

1.3.2线性方程组有无穷多个解的条件

1.3.3线性方程组求解的例子

1.4.1线性方程组的矩阵形式

1.4.2矩阵的初等变换

1.4.3矩阵初等变换解线性方程组举例1

1.4.4矩阵初等变换解线性方程组举例2

1.5一个重要的量

问题与讨论

测验1

第2周 行列式定义及基本性质

2.1.1 n-排列的概念(上)

2.1.2 n-排列的概念(下)

2.2.1行列式的定义(上)

2.2.2行列式的定义(中)

2.2.3行列式的定义(下)

2.3.1行列式的运算性质(上)

2.3.2行列式的运算性质(下)

2.3.3行列式的运算性质应用举例

问题与讨论

第3周 行列式按行展开、矩阵及其秩、简化线性方程组求解

2.4.1元素的余子式和代数余子式

2.4.2行列式按一行(列)展开

2.4.3Vandemonde行列式

2.4.4一个重要公式

2.4.5Cramer法则(上)

2.4.6Cramer法则(下)

2.4.7行列式按多行(列)展开举例

2.5.1矩阵秩的定义

2.5.2矩阵秩的特征

2.6.1矩阵秩是初等变换的不变量

2.6.2矩阵秩的计算

2.6.3矩阵的相抵等价

2.7.1矩阵的秩与线性方程组的求解

问题与讨论

测验2

第4周 矩阵的加减、数乘、转置、乘法运算及运算规律

3.1.1矩阵的相等

3.1.2矩阵的加减法

3.1.3矩阵的数乘运算

3.1.4矩阵的转置运算

3.1.5矩阵的乘法定义

3.1.6矩阵的乘法举例

3.1.7矩阵乘法的运算规律(上)

3.1.8矩阵乘法的运算规律(中)

3.1.9矩阵乘法的运算规律(下)

3.1.10几个特殊矩阵

3.1.11伴随矩阵

能举出矩阵乘法的一些基本应用吗?

第5周 逆矩阵的定义及判定,分块矩阵的基本运算

3.1.12逆矩阵的定义

3.1.13矩阵可逆的充要条件

3.1.14矩阵可逆的常用判定方法

3.1.15矩阵求逆的运算规律

3.1.16 矩阵方程求解举例

3.2.1 分块矩阵的加减法

3.2.2 分块矩阵的数乘和转置运算

3.2.3 分块矩阵的乘法运算

3.2.4 矩阵乘法的常用分块方式(上)

3.2.5 矩阵乘法的常用分块方式(下)

3.2.6 分块矩阵乘法运算举例

3.2.7 分块矩阵求逆

3.2.8 准对角阵

第6周 用矩阵乘法表示矩阵的初等变换,矩阵的基本运算对秩的影响

3.3.1 初等矩阵

3.3.2 初等矩阵的重要结论

3.3.3 初等矩阵的可逆性

3.3.4 初等变换化矩阵为标准形的等价描述

3.3.5可逆矩阵写成有限个初等矩阵的乘积

3.3.6可逆矩阵的新特征

3.3.7仅用初等行(列)变换求矩阵的逆

3.3.8初等行变换求逆的例子

3.3.9用初等变换解矩阵方程

3.4.1 矩阵的基本运算对秩的影响(上)

3.4.2 矩阵的基本运算对秩的影响(中)

3.4.3 矩阵的基本运算对秩的影响(下)

问题与讨论

测验3

第7周 线性表示和线性组合,线性相关和线性无关

4.1.1 平面向量的特点

4.1.2 线性组合与线性表示的定义

4.1.3 线性表示的判定

4.1.4 线性表示举例

4.2.1平面向量共线特征

4.2.2空间向量共面特征

4.2.3 线性相关与线性无关的定义

4.2.4 线性相关与线性无关举例

4.2.5 线性相关与线性无关的判定

4.2.6 线性相关与线性无关的判定举例

第8周 线性相关和线性无关的进一步讨论,向量组的线性关系

4.2.7 线性相关性的等价定义

4.2.8 线性表示的唯一性条件

4.2.9 n+1个向量必定线性相关

4.2.10 向量组的线性表示

4.2.11 向量组的等价

4.2.12 等价的线性无关向量组

第9周 极大线性无关组、基、维数、坐标

4.3.1 极大线性无关组的定义

4.3.2 极大线性无关组的存在性

4.3.3 向量组的秩

4.4.1 基、维数

4.4.2 坐标

问题与讨论

第10周 过渡矩阵与坐标变换,矩阵的三秩合一

4.5.1两个基之间的过渡矩阵

4.5.2坐标变换(上)

4.5.3坐标变换(中)

4.5.4坐标变换(下)

4.6.1矩阵的三秩

4.6.2初等行变换求极大线性无关组

4.6.3初等行变换求极大线性无关组例子

第11周 线性方程组解的结构、内积、实向量的长度及实向量间的夹角、正交基和标准正交基

4.7.1齐次线性方程组解的结构

4.7.2非齐次线性方程组解的结构

5.1内积

5.2.1向量的长度

5.2.2向量间的夹角

5.3正交组、正交基、标准正交基

测验4

第12周 施密特正交化过程、正交阵,特征值、特征向量

5.4施密特正交化过程

5.5标准正交基与正交阵

6.1.1特征值、特征向量的定义

6.1.2特征向量的特性

6.2.1特征值、特征向量的特征

测验5

第13周 特征值和特征向量的计算及基本性质、方阵可相似对角化的判定

6.2.2特征值的基本性质1

6.2.3特征值的基本性质2

6.2.4计算矩阵所有特征值及特征向量的步骤

6.3.1方阵的相似

6.3.2方阵可相似对角化的条件

6.3.3方阵可相似对角化的判定

6.3.4方阵可相似对角化判定的例子

问题与讨论

第14周 相似方阵的性质、实对称方阵的相似对角化

6.4.1相似方阵的性质1

6.4.2相似方阵的性质2

6.5.1实对称方阵的特征值

6.5.2实对称方阵的特征向量

6.5.3实对称方阵可正交相似对角化

6.5.4实对称方阵正交相似对角化的例子

测验6

第15周 二次型的表达形式、非退化线性替换、配方法化二次型为标准形、方阵的合同

7.1二次型的表达形式

7.2线性替换

7.3.1二次型的标准形

7.3.2化二次型为标准形的两种形式

7.3.3方阵的合同

7.3.4用合同的概念描述化标准形过程

7.4.1平方项系数不全为零的情形

7.4.2平方项系数全为零的情形

第16周 实二次型、二次型的秩、规范形、正定二次型和正定矩阵

7.5.1实二次型正交替换化过程

7.5.2正交替换的好处

7.5.3应用举例

7.6.1二次型的秩

7.6.2复规范形

7.6.3实二次型规范形的形式

7.6.4实二次型规范形的唯一性

7.7.1正定矩阵和正定二次型的定义

7.7.2正定矩阵的基本性质

7.7.3用行列式判定正定性(上)

7.7.4用行列式判定正定性(下)

测验7

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预备知识

只要有高中数学的基础即可开启本课程的学习。

参考资料

1. 线性代数(第二版),高等教育出版社,黄正达等,2024


2. 线性代数,高等教育出版社,黄正达、李方等,2021


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