线性代数

来自格致开物

线性代数是一门源于解线性方程组的数学学科,它的历史可以追溯到中国古代的《九章算术》,这本书中就已经讨论了线性方程组的解法。随着对线性方程组的深入研究,以及行列式和矩阵的产生,再加上物理学、数学分析与几何学的需求,线性代数逐渐发展成为一个独立而重要的数学领域。

线性代数的发展

19世纪中叶,许多代数学家致力于推广复数的概念,其中,英国数学家威廉·罗恩·哈密顿(W. R. Hamilton)发现了四元数。这一发现是继伽罗瓦提出群论之后19世纪代数学最重要的进展之一。哈密顿通过研究复数对,为其定义了加法和乘法。他发现,虽然四元数的乘法具有结合性,但并不遵循交换律,这揭示了代数结构的多样性。

向量与代数结构

在物理学中,向量的概念由来已久,向量相加的平行四边形法则也为人们所熟知。然而,如何用代数的方法研究向量,而不依赖于图形表示,是数学家们面临的一个挑战。哈密顿的四元数发现启发了数学家们思考:是否可以舍弃一些传统的算律,构造出更多的代数结构?

德国数学家格拉斯曼(H. G. Grassmann)进一步提出了有多个分量的超复数,并为其定义了加法,而乘法则使用内积和外积来代替。然而,由于他的文章过于晦涩,在很长一段时间内并未受到广泛关注。

向量分析的进展

英国数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(J. C. Maxwell)在物理学中完成了从四元数到向量的过渡。他将四元数分解为数量部分和向量部分,并创建了大量的向量分析方法,这些方法在物理学中得到了广泛应用。

现代线性代数的形成

从19世纪末到20世纪初,线性代数逐渐在全球范围内得到普及,有关这一领域的教科书迅速出现,并逐步走向标准化。线性代数如今已成为大学中的一门基础课程,涵盖了包括矩阵、行列式、线性方程组、向量空间、线性变换、内积空间和二次型等一系列重要内容。

线性代数不仅在纯数学中占有重要地位,而且在工程、物理学、计算机科学、经济学等领域都有广泛的应用。通过对这些基本概念和结构的理解,学生能够在解决实际问题时应用线性代数的方法和工具。