定 價:45 元
叢書名:“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目 名校名家基礎(chǔ)學(xué)科系列
- 作者:肖占魁 黃華林 林增強
- 出版時間:2021/7/1
- ISBN:9787111676348
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:O151
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書是在一流課程建設(shè)背景下為高等學(xué)校公共數(shù)學(xué)課編寫的線性代數(shù)教材.全書突出實用和有趣兩大特色:數(shù)學(xué)應(yīng)用與數(shù)學(xué)理論以一種相互依存、交替推進(jìn)的方式展現(xiàn);同時,通過大量的圖片、游戲等內(nèi)容增加趣味性.
本書主要內(nèi)容包括矩陣、矩陣的行列式、線性方程組與向量空間、矩陣的相似分類與可對角化、二次型與矩陣的合同分類.具體內(nèi)容的敘述遵循從實例到理論再回到實踐的模型化原則,注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力,特別是代數(shù)學(xué)中的分類、分解思想.交互式的書寫語氣以及數(shù)學(xué)模型化的敘述方式使得本書適合用來開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué).
本書適于理工科、經(jīng)管類等各專業(yè)作為公共數(shù)學(xué)課的教材,也可作為相關(guān)專業(yè)師生及科技人員的參考書.
對于非數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說,一本公共數(shù)學(xué)課教材的哪些特點是他們特別看重的呢?多年的教學(xué)經(jīng)驗告訴我們答案是實用性和新穎性.一本公共數(shù)學(xué)課教材有沒有用,是否有趣在很大程度上決定了這本書的命運:在大學(xué)畢業(yè)季,它是被帶走,還是流向跳蚤市場.于是,我們編寫本書的目標(biāo)或者說動力就是希望做一本被帶走的公共數(shù)學(xué)課教材.
為了實現(xiàn)被帶走的目標(biāo),我們在編寫本書時考慮了以下幾個方面:
,突出以數(shù)據(jù)科學(xué)和經(jīng)濟模型為主的應(yīng)用內(nèi)容.毋庸置疑,我們已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化的時代.一方面,5G、二維碼、大數(shù)據(jù)、人工智能等事物或名詞緊緊包圍著我們;另一方面,作為具有經(jīng)濟行為的人類,其實本身就已經(jīng)被視為經(jīng)濟要素之一.這些構(gòu)成了我們選擇應(yīng)用內(nèi)容的初衷.要緊的是,應(yīng)用內(nèi)容在本書中與數(shù)學(xué)理論是一種相互依存、交替推進(jìn)的關(guān)系,而不是某種程度上的補充或附屬.當(dāng)一個現(xiàn)實問題出現(xiàn)時,它通常需要我們發(fā)明某種數(shù)學(xué)工具來處理,而建造出來的數(shù)學(xué)工具不僅能夠處理該問題,也許有更多用途,甚至是意想不到的妙用.例如,當(dāng)我們需要存儲一張圖片時,這張圖片被視為一個包含了顏色信息的數(shù)字矩陣,通常這個數(shù)字矩陣是非常大的.為了節(jié)省存儲空間,我們把這個數(shù)字矩陣拆分成一些特殊的較小的矩陣,即這個數(shù)字矩陣可以由一些特殊的較小的矩陣通過代數(shù)運算獲得.當(dāng)這里涉及的代數(shù)運算容易被計算機實現(xiàn)時,我們只需存儲那些特殊的較小的矩陣就可以了,從而達(dá)到節(jié)省存儲空間的目的.更令人興奮的是,這個過程中獲得的矩陣分解理論可以運用于人工智能領(lǐng)域的圖像識別,例如二維碼的識別以及人臉識別等.
第二,通過大量的圖片、游戲等內(nèi)容增加本書的趣味性.盡管我們是按照實際問題為導(dǎo)向的數(shù)學(xué)模型思路來安排本書內(nèi)容的,但是對于許多非數(shù)學(xué)專業(yè)(甚至數(shù)學(xué)專業(yè))的學(xué)生來說,他們是懼怕抽象數(shù)學(xué)理論、懼怕嚴(yán)密復(fù)雜的論證過程的.因此,在堅持實用導(dǎo)向的前提下,我們在本書中大量地使用圖片,安排了許多游戲內(nèi)容,甚至專門設(shè)計了一些漫畫等.所有這一切是因為我們希望讀者能在快樂的狀態(tài)下完成學(xué)習(xí)任務(wù),能切身體會到美的事物和真的道理往往是相伴而生的.
第三,用數(shù)學(xué)的思想和體系構(gòu)建本書.作為一本數(shù)學(xué)書,我們還是要求一定程度的嬌傲和格調(diào)的.閱讀本書的讀者通常都不同程度地掌握了線性方程組的相關(guān)知識,所以選擇以線性方程組作為線性代數(shù)類課程的開頭是比較自然的.然而,一位前輩曾說過,如果要用一個詞來代表過去一百年間代數(shù)學(xué)的發(fā)展,那么矩陣是好的選擇,我們深以為然,所以本書以矩陣貫穿始終.另外,代數(shù)學(xué)以研究代數(shù)對象的結(jié)構(gòu)理論為目標(biāo),而代數(shù)對象的結(jié)構(gòu)理論又涉及分類和分解兩類具體目標(biāo).所以,讀者很快會發(fā)現(xiàn)本書圍繞矩陣這一代數(shù)對象的相抵、相似、合同三種分類來展開,而在細(xì)節(jié)處又時時強調(diào)矩陣的各種分解理論.我們秉持一個信念,那就是非數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以不完全掌握數(shù)學(xué)的理論細(xì)節(jié),但必須領(lǐng)會數(shù)學(xué)的體系和思想.
第四,采用交互式語氣書寫,讓本書更適合自學(xué).我們堅信一本好的數(shù)學(xué)書應(yīng)該適合讀者自學(xué),因為于無聲處體會數(shù)學(xué)的美妙是一件令人極愉悅的事.這一信念促使我們在本書的編寫過程中采用了交互式的語氣,讀者在閱讀過程中就像與編者進(jìn)行朋友間的交談一般,思想得到自然的舒展.
第五,把教學(xué)法融入本書的編寫過程中.也許我們都熟悉的老師手舞足蹈地講解、學(xué)生一臉茫然的數(shù)學(xué)課堂狀態(tài)仍然存在,但是,以學(xué)生為中心,強調(diào)學(xué)生的參與度和認(rèn)知過程的新教學(xué)法正在逐步落地.聆聽先賢之言,子曰:不憤不啟,不悱不發(fā).所以,在本書中我們試圖通過實用性和趣味性來喚起讀者的求知興趣,完成啟發(fā).此外,關(guān)于學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程和遷移能力我們還做了這樣一些考慮:首先是把公共數(shù)學(xué)課看成整個學(xué)習(xí)生涯的一個過程,我們需要了解它與中學(xué)知識的銜接、與大學(xué)階段其他科目的聯(lián)系,以及在未來的可能發(fā)展,讓線性代數(shù)成為整個兼容系統(tǒng)的一部分.其次,我們把學(xué)習(xí)過程看成一個有輸入和輸出的生態(tài)系統(tǒng),在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計了想一想和動動手等內(nèi)容,有節(jié)奏地強調(diào)學(xué)習(xí)的及時輸出和反饋.后,我們把每一節(jié)的習(xí)題設(shè)計為兩個層次,基本知識要點層次和提高與應(yīng)用層次,幫助不同層次的讀者把學(xué)習(xí)效果化.
我們期望使用本書進(jìn)行教學(xué)的同行,使用本書學(xué)習(xí)的學(xué)生,還有以本書為參考書的讀者能感受到我們編寫本書的意圖和所做出的努力.總之,我們努力完成的就是這樣一本在快樂的心情中為著應(yīng)用而講授基本理論的數(shù)學(xué)教科書.
我們衷心地感謝廈門大學(xué)的林亞南教授、福建師范大學(xué)的陳清華教授、莆田學(xué)院的楊忠鵬教授,由他們發(fā)起的福建省高等代數(shù)與線性代數(shù)課程建設(shè)研討會已經(jīng)走過了16個春秋,在一次次的交流與分享中,我們萌生了本書的編寫思路.
本書由肖占魁、黃華林、林增強擔(dān)任主編,洪繼展、梁小花、宋劍參加了編寫.
我們期待各位專家學(xué)者、各位讀者提出寶貴意見.真誠歡迎大家對本書的疏漏和欠妥之處給予批評指正.
全體編者
于華僑大學(xué)
目錄
序言
第1章矩陣
1.1一個強有力的工具矩陣
習(xí)題1-1
1.2矩陣的運算
1.2.1矩陣的相等
1.2.2矩陣的加法、數(shù)乘和乘法
1.2.3矩陣的轉(zhuǎn)置
1.2.4更多的例子
習(xí)題1-2
1.3矩陣的初等變換
1.3.1矩陣初等變換的定義及其應(yīng)用
1.3.2初等矩陣
1.3.3相抵分類
習(xí)題1-3
1.4逆矩陣
1.4.1逆矩陣的概念與性質(zhì)
1.4.2初等變換法求逆矩陣
1.4.3應(yīng)用實例希爾加密與解密
習(xí)題1-4
1.5分塊矩陣
1.5.1分塊矩陣的運算
1.5.2特殊分塊矩陣
習(xí)題1-5
第2章矩陣的行列式
2.1有向面積和有向體積行列式
2.1.1從三維掃描和三角形網(wǎng)格談起
2.1.2平行四邊形的有向面積和
二階行列式
2.1.3三階行列式和n階行列式
2.1.4排列的長度、逆序數(shù)和n階行列式
的展開式
習(xí)題2-1
2.2行列式的性質(zhì)
2.2.1行列式關(guān)于初等變換的性質(zhì)
2.2.2行列式關(guān)于矩陣乘法的性質(zhì)
習(xí)題2-2
2.3行列式的計算
2.3.1行列式按一行(列)展開
2.3.2幾種特殊類型的行列式
2.3.3多米諾骨牌覆蓋
習(xí)題2-3
2.4克拉默法則
2.4.1伴隨矩陣
2.4.2克拉默(Cramer)法則的定義
及應(yīng)用
習(xí)題2-4
2.5矩陣的秩
2.5.1矩陣的子式與秩
2.5.2秩與初等變換的關(guān)系
習(xí)題2-5
第3章線性方程組與向量空間
3.1線性方程組解的情況
3.1.1高斯(Gauss)消元法
3.1.2矩陣的LU分解
習(xí)題3-1
3.2向量組的線性相關(guān)性
3.2.1向量空間和子空間
3.2.2線性表出
3.2.3向量組線性相關(guān)性的定義
習(xí)題3-2
3.3向量組的秩
3.3.1極大線性無關(guān)組與向量組的秩
3.3.2子空間的基和維數(shù)
3.3.3計算向量組的秩
習(xí)題3-3
3.4線性方程組解的結(jié)構(gòu)
3.4.1引例:里昂惕夫生產(chǎn)消費
模型
3.4.2齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu)
3.4.3非齊次線性方程組解的結(jié)構(gòu)
習(xí)題3-4
第4章矩陣的相似分類與可對角化
4.1矩陣的相似分類
4.1.1斐波那契數(shù)列與矩陣的相似
4.1.2相似關(guān)系的性質(zhì)
習(xí)題4-1
4.2特征值與特征向量
4.2.1方陣的特征值和特征向量
4.2.2特征值和特征多項式的性質(zhì)
4.2.3馬爾可夫過程
4.2.4一種搜索引擎算法
習(xí)題4-2
4.3矩陣可對角化
4.3.1方陣可對角化的條件
4.3.2矩陣可對角化在圖像識別中的
意義
習(xí)題4-3
4.4施密特正交化方法
4.4.1內(nèi)積
4.4.2施密特(Schmidt)正交化
4.4.3正交矩陣
4.4.4圖像識別的主成分分析方法
習(xí)題4-4
4.5實對稱矩陣的對角化
4.5.1實對稱矩陣可正交對角化
4.5.2奇異值分解
4.5.3再論數(shù)字圖像處理
4.5.4奇異值分解和主成分分析方法
習(xí)題4-5
第5章二次型與矩陣的合同分類
5.1矩陣的合同分類
5.1.1二次型及其矩陣表示
5.1.2二次型的等價與矩陣的合同
習(xí)題5-1
5.2二次型的規(guī)范形
5.2.1規(guī)范形
5.2.2一類化問題
習(xí)題5-2
5.3正定二次型與正定矩陣
5.3.1正定二次型、正定矩陣
5.3.2數(shù)據(jù)的小二乘擬合
習(xí)題5-3
部分習(xí)題答案與提示
參考文獻(xiàn)