課程資訊
課程名稱
工程數學-線性代數
Engineering Mathematics-linear Algebra 
開課學期
101-2 
授課對象
電機工程學系  
授課教師
蘇柏青 
課號
EE1002 
課程識別碼
901 10030 
班次
03 
學分
全/半年
半年 
必/選修
必修 
上課時間
星期三3,4(10:20~12:10)星期四5(12:20~13:10) 
上課地點
電二145電二145 
備註
本系學生優先修習
總人數上限:70人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1012linearAlgebra 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

本課程是線性代數的入門課程。線性代數係以「向量空間」(Vector Space)為核心概念之數學工具,擁有極廣泛之應用,非常值得理工商管等科系大學部同學深入修習,作為日後專業應用之基礎。

向量空間乃是代數中較為抽象的概念。為使同學能循序吸收理解線性代數的原理,我們將從大家較熟悉的矩陣、以及多元一次系統方程式開始為大家入門介紹。

課程內容包括了:

(1) 矩陣(Matrices)、向量(Vectors)、與系統方程式(Systems of Linear Equations):
在課程的最初,我們將從中學時代已經學過的多元一次方程式開始,透過尋找多元一次方程式的系統解法(即高斯消去法),介紹線性代數幾個最基礎的概念:
線性組合(Linear Combinations)、線性相依(Linear Dependence)、以及線性獨立(Linear Independence)。

(2) 矩陣與線性轉換(Linear Transformation)及行列式(Determinants)
第二階段,我們將從介紹矩陣的乘法開始,向大家介紹線性轉換的概念。
線性轉換有反轉(Inverse)、結合(Composition)、分解等性質,都可以用矩陣乘法的概念作入門的理解。
我們也將簡單介紹矩陣的行列式。

(3) 子空間 (Subspaces)
我們將利用前面已學過的概念,繼續向下一個重要的里程碑邁進。學習子空間概念的過程中,你將學會什麼是基底(Basis)、維度(Dimension),然後進一步加深了解矩陣與線性轉換的關係。

(4) 特徵向量與特徵值(Eigenvalues and Eigenvectors)
特徵向量與特徵值堪稱是線性代數中最經典的概念。它可是google搜尋以及其他許多許多重要應用的理論基礎呢!
這裡我們將介紹如何用特徵多項式(Characteristic Polynomial)來計算特徵向量及特徵值,以及矩陣對角化(Diagonalization)的概念。

(5) 正交(Orthogonality)
另一個重要的概念為向量的正交關係。這裡我們將介紹向量內積(Inner Products)、向量的正交投影(Orthogonal Projection)等概念。

(6) 向量空間 (Vector Spaces)
課程的最後,我們將正式定義線性代數的核心抽象概念:向量空間。之前所有學過的觀念最後都以向量空間的形式再作一次總複習。 

課程目標
建立對向量空間及線性轉換概念及理論的認識。並了解其在工程上及其他領域可能的應用。 
課程要求
基本的集合論,以集合方式表示函數的概念。

小考 30 % (15%*2) 期中考 35 % 期末考 35 %,共18週 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
參考書目
教科書: Elementary Linear Algebra - A Matrix Approach, 2nd Ed  
指定閱讀
 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第18週
6/19  Final exam 
第1-1週
2/20  Introduction <BR>
(1.1) Matrices and Vectors<BR>
(1.2) Linear Combinations and Matrix-Vector Products 
第1-2週
2/21  (1.2) Matrix-Vector Products and Special Matrices<BR>
(1.3) Systems of Linear Equations 
第2-1週
2/27  (1.3) Systems of Linear Equations<BR>
(1.4) Gaussian Elimiation 
第2-2週
2/28  One day off (Holiday). 
第3-1週
3/06  (1.4) Rank and Nullity <BR>
(1.6) Spans of vectors<BR> 
第3-2週
3/07  (1.6) Span of Vectors<BR>
(1.7) Linear Independence 
第4-1週
3/13  (1.7) Linear Independence<BR>
(2.1) Matrix Multiplications<BR> 
第4-2週
3/14  (2.3) Elementary Matrices and invertibility of matrices<BR>
 
第5-1週
3/20  (2.3) Elementary Matrices and invertibility of matrices<BR>(2.4) Inverses of Matrices<BR> 
第5-2週
3/21  Quiz 1 (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.6, 1.7, 2.1, 2.3) 
第6-1週
3/27  (2.7) Linear Transformations<BR>
(2.8) Onto and One-to-one properties of Linear Transformations 
第6-2週
3/28  (2.8) Linear Transformations: Composition & Invertibility<BR>Chapter 3: Determinants 
第7-1週
4/03  Holiday 
第7-2週
4/04  Holiday 
第8-1週
4/10  (3.2) Properties of Determinants <BR>
(4.1) Subspaces <BR>
(4.2) Basis & Dimension 
第8-2週
4/11  (4.2) Dimension of a subspace<BR>
(4.3) Dimension of subspaces associated with matrices 
第9-1週
4/17  midterm (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.6, 1.7, 2.1, 2.3, 2.4, 2.7, 2.8, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 4.3) 
第9-2週
4/18  (4.4) Coordinate systems<BR>
(4.5) Matrix representation of linear transformations 
第10-1週
4/24  (4.5) Matrix Representations of Linear Operators<BR>
(5.1) Eigenvalues and Eigenvectors 
第10-2週
4/25  (5.2) Characteristic Polynomials<BR> 
第11-1週
5/01  (5.3) Diagonalization<BR>
(6.1) Geometry of Vectors 
第11-2週
5/02  (6.1) Geometry of Vectors: Ineqaulities<BR>
(6.2) Orthogonal Vectors <BR> 
第12-1週
5/08  (6.2) Gram-Schmidt Process <BR>
(6.3) Orthogonal Complements, Orthogonal Decompositions, and Orthogonal Projections<BR>
(6.4) Least Square solutions Approximations and Orthogonal Projection Matrices<br>
 
第12-2週
5/09  (6.3) Orthogonal Projections <BR>
(6.4) Least Square solutions Approximations and Orthogonal Projection Matrices<BR> 
第13-1週
5/15  (6.4) Least Square solutions Approximations and Orthogonal Projection Matrices<BR>
(6.5) Orthogonal Matrices and Operators<BR>
(6.6) Symmetric Matrices<br> 
第13-2週
5/16  (6.6) Symmetric Matrices<BR>
 
第14-1週
5/22  因老師出國開會,本日不上課,將於6/4與6/11各補課一小時 
第14-2週
5/23  quiz #2 (Sec. 4.4-4.5, Chapters 5, and Chapter 6) 
第15-1週
5/29  (7.0) Sets, Functions, Operations, Groups, Abelian Groups, and Fields<BR>
(7.1) Vector Spaces: definition and basic examples
 
第15-2週
5/30  (7.1) Vector Spaces: more advanced examples and more properties. 
第16-1週
6/04  (7.1) Vector Spaces: more examples, Linear Combinations, Spans<BR>
(7.2) Linear Transformations: definition 
第16-2週
6/05  (7.2) Linear Transformations<BR>
(7.3) Basis and Dimension: Linear independence and basis redefined. 
第16-3週
6/06  (7.3) Basis and Dimension<BR>
 
第17-1週
6/11  (7.4) Matrix Representation of Linear Transformations 
第17-2週
6/12  One day off (Holiday). 
第17-3週
6/13  (7.4) Eigenvalues, Eigenvectors, and Eigenspaces of linear operators<BR>(7.5) Inner Product Spaces