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XuetangX

实用大众线性代数

Xidian University via XuetangX

Overview

传统的线性代数已经在数学系讲授了二百多年,但并未被非数学系接受,主要因为其计算量太大,无法实用。计算机和数学软件的出现,突破了这个瓶颈,使它的计算很易为工程师掌握,线性代数也因此于1960年代后成为许多非数学专业的公共基础课。对非数学专业而言,线性代数的重要作用体现在用计算机求解高阶的现实矩阵模型,不是去手工对非数学系,经典的线性代数就像一条虫,没有多少用处。只有和计算机相结合才能成为一条龙,设这门课就是希望“虫”能变为“龙”。但这个转变是艰难的,因为教线性代数主要还是靠数学系教师,如果他们不学习计算机和跨专业的新知识,简单照搬原数学系的内容,那就和计算机出现前一样,这门课还是一条虫。

要对它进行改造,在数学系内闭门造车不可能实现,必须面向应用,利用计算机,进行跨专业的创新研究。在实践了20多年后,美国于1990年提出了改革作为公共基础课(即非数学专业)的线性代数的LACSG五点建议:(1)线性代数必须满足非数学专业的需求;(2)要面向矩阵运算而不是向量空间;(3)要从学生的实际水平出发;(4)要使用最新的计算技术;(5)抽象内容应另设后续课去讲。随后,他们实施了为期六年的ATLAST计划,使大批线性代数教师学会了MATLAB软件。经过十年左右,他们的作为基础课的线性代数教材都用了计算机和MATLAB,理论趋向于更浅显易懂。

西安电子科技大学从2005年起进行了持续的探索,先根据国外1990年的做法,在校内进行了为期三年,包括40位教师和1200名学生的试点,效果很好。其结果得到教育部数学教指委的首肯和高教司的立项拨款支持。项目名称为“用MATLAB和建模实践改造工科线性代数”,并指定陈怀琛教授为项目负责人,西安电子科技大学牵头,组织带动15-20个大学试行两年(2009-2010)。此项目于2011年结题,实际参加的大学有19个,200位教师,45000名学生受益。张景中、张尧学、林群、廖振鹏、徐宗本等五位院士在对此项目的鉴定中做了高度评价,特别建议在培养应用型人才的大学中推广。

此项目的影响是深远的,例如西安电子科技大学的线性代数课程已经连续十年(2009-2018)在每届5000多名修课学生中采用与计算机结合的方法实施,使学生早期就接触了矩阵建模和MATLAB软件,在很多后续课程中都能使用计算机及MATLAB进行教学,使线性代数真正地确立了它的基础课地位,明显提高了教学质量和学生的创新能力。师生在各种校际竞

Syllabus

  • 第一章 线性方程组与矩阵
    • 1.1 概述
    • 1.2 线性方程组解的几何意义
    • 1.3 高斯消元法与阶梯方程组
    • 1.4 矩阵及矩阵的初等变换
    • 1.5 利用MATALB来解方程组
    • 1.6 应用实例
  • 第二章 矩阵运算及其应用
    • 2.1 矩阵的运算
    • 2.2 逆矩阵
    • 2.3 矩阵的分块和转置
    • 2.4 初等矩阵
  • 第三章 行列式
    • 3.0 MATALB矩阵
    • 3.1 二阶行列式
    • 3.2 三阶行列式
    • 3.3 高阶行列式
    • 3.4 三种行列式定义的比较
    • 3.5 行列式的性质
    • 3.6 行列式的其他性质
  • 第四章 平面和空间向量
    • 4.1 向量的类型
    • 4.2 向量
    • 4.3 向量组
  • 第五章 线性变换及其特征
    • 5.1 变换
    • 5.2 线性变换
    • 5.3 正交坐标系
    • 5.4 与数据矩阵相连的正交坐标系
    • 5.5 特征值与特征向量
  • 期末测试

    Taught by

    Yang Wei and Chen Huaichen

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