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1 # 千尋擺渡
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2 # 帖木兒
這題目本身有問題,向量(vector)只是代表一組量,並不依賴座標系存在。更不必假定直角座標系。
即便如此,線性空間仍然未必是直角的。直角是個幾何概念,在代數里我們更喜歡用“正交”(orthogonal)這個詞,等價於幾何裡的直角,代表兩個向量互相“垂直”,也就是內積=0。其數學意義在於正交的各軸互相獨立,比較容易分析其數學性質。
我們當然可以在非正交的座標系裡討論問題,比如仿射座標系等。不過更多的時候,還是在正交座標系裡研究問題。比如平面是二維正交座標系,立體幾何是三維正交座標系,相對論用到四維,更高維的,比如百萬維,億萬維,在線性規劃和現代人工智慧裡也很普遍了。
此外,比較有意思的正交座標空間也有幾個,比如二維的複平面,兩軸一實一虛,四元數是四個軸,一實三虛,狹義相對論用的閔可夫斯基空間也是四軸,三實一虛(實的是空間,虛的是時間軸)。
首先,直角座標系是一個三維的空間,可以表示向量的任意的方向。
再者,它的作圖規律和計算方法更符合我們的習慣。
但我認為最重要的一點就是簡單。
從專業的角度看:
線性代數中研究的向量一定是空間座標系中表示的,力學電學中研究的向量則不一定。線性代數中所有向量起點都聚會在座標原點,而終點用座標( X1,X2,X3,- - - )表示,這種線性空間向量運算為線性運算(加法與數乘)。而且兩個向量還有點乘但沒有叉乘,座標加減法對應向量平行四邊形合成法則,座標數乘對應向量延長k倍。應用向量點乘可求得高維空間的向量長度即範數、兩個向量之間的夾角、向量與各座標軸的夾角。物理力學中的向量有力矩概念,線性空間的向量絕對沒有力矩概念。因為線性空間的向量用n個有序陣列表示,所以淡化了向量的方向特徵。既然向量視為座標系中的向量,而矩陣可視為向量的組合,因此矩陣也可視為座標系中的矩陣。量子力學中這個座標系就是希爾伯特線性空間座標系,這個座標系中矩陣就是海森堡矩陣力學。