LA 101
M02 · L03
الوحدة 2: المصفوفات

التحويلات الخطية

المصفوفات ليست مجرد مصفوفات من الأرقام. إنها دوال على الفضاء — تأخذ متجهات كمدخل وتُنتج متجهات جديدة. هذه الدوال هي تحويلات خطية: تُدوِّر وتُقيِّس وتُقص وتُسقط الفضاء الهندسي.

01 / 12
LA 101
M02 · L03
التعريف

ما الذي يجعله خطيًا؟

التحويل T خطي إذا استوفى خاصيتين لجميع المتجهات u, v والعدد القياسي c:

T(u+v) = Tu + Tv
الإضافية
T(cu) = c·Tu
التجانس

معًا: T يحفظ عمليتَي جمع المتجهات والضرب القياسي. الخطوط تبقى خطوطًا. الأصل يبقى ثابتًا.

02 / 12
LA 101
M02 · L03
الرؤية الأساسية

المصفوفة = تحويل

كل تحويل خطي من ℝⁿ إلى ℝᵐ يمكن تمثيله كـ ضرب في مصفوفة m×n. وبالمقابل، كل مصفوفة تُعرِّف تحويلًا خطيًا.

حاصل ضرب المصفوفة-متجه
T(\mathbf{x})=A\mathbf{x}
03 / 12
LA 101
M02 · L03
صورة الأعمدة

الأعمدة كـ صور القاعدة

أعمدة المصفوفة A تُخبرك بالضبط أين تذهب متجهات القاعدة القياسية. العمود الأول هو وجهة e₁ = [1,0]ᵀ. العمود الثاني هو وجهة e₂ = [0,1]ᵀ. أي متجه آخر هو مجرد تركيب خطي لهذه الصور.

اقرأ أي تحويل
لفهم ما تفعله A بالفضاء، انظر فقط إلى أعمدتها — إنها صور متجهات القاعدة القياسية تحت التحويل.
04 / 12
LA 101
M02 · L03
المثال الأول

الدوران بزاوية θ

تدوير كل متجه في ℝ² عكس عقارب الساعة بزاوية θ هو تحويل خطي. مصفوفته:

مصفوفة الدوران
R_\theta=\begin{pmatrix}\cos\theta&-\sin\theta\\\sin\theta&\cos\theta\end{pmatrix}
05 / 12
LA 101
M02 · L03
أمثلة أخرى

تحويلات شائعة

  • التحجيم — مصفوفة قطرية؛ تمد/تضغط المحاور باستقلالية
  • الانعكاس — حول محور x: [[1,0],[0,−1]]؛ حول y: [[−1,0],[0,1]]
  • القص — [[1,k],[0,1]]؛ تميل المستوى أفقيًا
  • الإسقاط — على محور x: [[1,0],[0,0]]؛ يُلغي مكون y
  • الهوية — [[1,0],[0,1]]؛ تُعيِّن كل متجه لنفسه
06 / 12
LA 101
M02 · L03
التركيب

تسلسل التحويلات

ذراع روبوت صناعية كهرمانية اللون بعدة مفاصل تُنزل صندوقًا على سير ناقل.
كل مفصل يضيف حركة واحدة، والقابض يستقر حيث تضعه السلسلة كلها، مطبَّقة بالترتيب. هذا هو التركيب، والترتيب مهم.

تطبيق التحويل A ثم التحويل B هو نفس ضرب مصفوفتيهما: (BA)x = B(Ax). ضرب المصفوفات هو تركيب الدوال. الترتيب مهم — BA ≠ AB بشكل عام. المصفوفة الأيمن تُطبَّق أولًا.

07 / 12
LA 101
M02 · L03
القابلية للعكس

تحويلات قابلة للعكس

التحويل قابل للعكس إذا أمكن التراجع عنه — إذا كان لكل متجه خرج متجه مدخل واحد فقط يُنتجه. هندسيًا: التحويل لا يُطوي أي بُعد. جبريًا: det(A) ≠ 0.

det ≠ 0
قابل للعكس
det = 0
شاذ
08 / 12
LA 101
M02 · L03
المعنى الهندسي للمحدد

المحدد = مقياس المساحة

|det(A)| يساوي العامل الذي به يُقيِّس التحويل المساحات (في 2D) أو الأحجام (في 3D). إذا كان det = 2، كل منطقة تتضاعف مساحتها. إذا كان det = 0، ينهار الفضاء كله في فضاء جزئي أدنى بُعدًا.

محدد 2×2
\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bc
09 / 12
LA 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا تُحفَظ نتيجتك.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

10 / 12
LA 101
أهم النقاط
ملخص

أهم النقاط

  • كل مصفوفة تحويل خطي؛ كل تحويل خطي له مصفوفة
  • أعمدة A = صور متجهات القاعدة القياسية تحت التحويل
  • الدوران والتحجيم والقص والإسقاط والانعكاس — كلها مصفوفات
  • ضرب المصفوفات = تركيب التحويلات (تُطبَّق من اليمين لليسار)
  • قابلية العكس ↔ det(A) ≠ 0 ↔ التحويل لا يُطوي الفضاء
11 / 12
LA 101
الوحدة القادمة
القادم

الوحدة 3: أنظمة المعادلات

مع المصفوفات كتحويلات، حل Ax = b يصبح: إيجاد متجه المدخل x الذي تكون صورته تحت A هي b. هذه النظرة الهندسية تحوّل الحذف إلى شيء أنيق — وتمهد الطريق للاختزال الصفي والرتبة والفضاء الصفري.

الوحدة القادمة
12 / 12