線性組合與本頁畫面
取兩個向量v、w與兩個數a、b。av + bw是以a、b為係數的線性組合:先走a份v,再走b份w。係數可以是任意實數。0與1之間的數只取箭頭的一部分;負數則把箭頭反向。
選取任意係數時,兩段路徑是細的藍色箭頭:從O出發走a·v,再從其尖端走b·w。從O指向P的粗藍箭頭就是兩者的和。黑色小點標示整數係數的配方。v、w不共線時,只改a,P就平行於v移動;只改b,就平行於w移動。因此a、b是P在v、w斜網格上的座標。淡藍色區域是允許的配方能到達的所有點。
v、w不共線時,平面上的每個點都能以唯一的方式表示成兩者的線性組合。作圖可以說明原因:過P作w的平行線,它與v所在直線恰好交於一點,這點恰好對應唯一的a,也就是a·v。剩下從a·v到P的路徑沿著w,所以是b·w。平行線會以黃色畫出這個作圖過程。
v、w位於通過O的同一直線上時,所有組合都留在這條直線上,斜網格也壓縮到這條直線上。直線外的點無法到達,線上每個點則有無窮多種配方。v = (2, 1)、w = −2v時,(4, 2)可以是2v + 0w,也可以是0v − 1w或4v + 1w。若兩個向量都是零向量,只能到達O。
接著讓係數和為1,令a = 1 − μ、b = μ。此時P − v = μ(w − v),所以v ≠ w時,P沿著通過兩個尖端的直線移動。μ = 0時在v的尖端,μ = 1時在w的尖端,中間依比例移動。P位於兩個尖端之間,恰好等同於兩個權重都至少為0。越過w的尖端後,v的權重1 − μ就變成負數。
v、w不共線時,若改成固定a + b = k,P就位於通過kv、方向為w − v的直線上,與通過兩個尖端的直線平行。等和線會畫出整數k對應的這些直線。它們間距相等,到O的距離與|k|成正比。
v、w不共線時,限制係數就能得到不同形狀。a, b ≥ 0(角區域)時,配方填滿v、w兩條射線之間的角。0 ≤ a, b ≤ 1(平行四邊形)時,填滿以v、w為邊的平行四邊形。a, b ≥ 0且a + b ≤ 1(三角形)時,填滿以O與兩個尖端為頂點的三角形。
值得注意
- 配方不是P平常的x、y座標。v = (2, 1)、w = (1, 2)時,(4, 5) = 1v + 2w:x、y是4、5,配方卻是1、2。配方給出的是P在基底v、w下的座標,這也是基底與座標那一頁的主題。
- 逐漸淡去的軌跡是P剛經過的地方,不是配方能到達的點集合。
相關概念
延伸閱讀: 維基百科: Linear combination (英文); 維基百科: Convex combination (英文).