线性代数中,比如某 2 维的向量,如果乘上系数,就可以表示它所在的、过原点的直线:
而有两个 2 维的线性无关向量、,通过它们的线性组合就可以表示整个:
但如果我们不感兴趣过原点的直线和整个,而是别的一些几何图形,比如过、的直线(不过原点),或者以、为两端的线段,或者、、、围成的多边形,甚至一些曲线,那么线性代数能够帮到我们吗?
上述几何图形其实就是的一部分,因此只需要对系数进行一些限制就可以办到,下面来具体解释下(本文不进行具体的推导了,只进行一些介绍)。
1.1 过、的直线
如果限制,即令:
那么就表示过、的直线:
1.2 包含、和的平面
如果再增加,还是限制系数之和为 1,即令:
此时代表什么呢?可以这么来看,当的时候,得到的还是过、的直线:
然后令、,那么会得到与上述直线平行的直线:
不断变换会得到所有平行直线,最终填满整个。所以此时的代表了包含、和的平面,也就是:
当然上述作法在中没有必要,但是在中就可以轻松表示包含、和的平面:
2.1 端点为、的线段
如果除了限制外,还要求系数都大于等于 0,即令:
那么就表示端点为、的线段:
2.2 、和围成的封闭区域
如果再增加,即令:
当的时候,得到的还是端点为、的线段:
然后令、,那么会得到下面的线段:
不断变换最终会填满、和围成的封闭区域。所以此时的代表了、和围成的封闭区域:
2.3 凸包
如果再增加一个,即令:
那么表示的不是像下面这样凹进去的图像:
它表示的是包含这 4 个点的凸出的图像:
用数学的语言就是,表示的由、、以及构成的凸包,这也是一个重要的概念,在凸优化中会用到。
如下的、、以及会构成一个凸包:
如果像下面这样对系数进行限制:
那么表示的就是该凸包内的一条曲线,也称为贝塞尔曲线: