Dot product
Numerical understanding
먼저 벡터의 내적(dot product)가 어떻게 계산되는지 봅시다.
계산은 매우 간단합니다. 벡터의 내적을 위해서는 정확히 같은 차원의 두 벡터가 필요하며
같은 좌표 위치에 있는 성분끼리 곱해서 전부 합하면 됩니다.
⎣⎢⎡103⎦⎥⎤⋅⎣⎢⎡01−3⎦⎥⎤=1∗0+0∗1+3∗−3=−9
Geometric interpretation
기하학적 의미를 살펴봅시다.
동일한 2차원의 벡터 w와 v 가 있다고 가정해 봅시다.
벡터 w를 v으로 프로젝션한 후 각 길이만큼을 곱한 것과 같습니다.
즉 다음과 같은 공식이 성립합니다.
w⋅v=∣w∣∗∣v∣cosθ
이와 같은 성질때문에
벡터의 내적은 원점을 기준으로 두 벡터 사이의 각(θ)에 따라 수직이면 0, 방향이 같은 방향이면 양(+)의 값, 다른 방향이면 음(-)의 값을 가집니다.
Duality
벡터의 선형변환(linear transformation)이 관점에서 보면 재미있는 연관관계가 나옵니다.
다음과 같은 2차원 벡터의 내적을 가정해 봅시다.
u⋅v=[23]⋅[4−2]=2∗4+3∗(−2)=2
이는 벡터의 선형결합의 관점에서 다음과 같이 표현할 수도 있지 않을까요?
Av=[23]∗[4−2]=[2∗4+3∗(−2)]=[2]
선형결합의 관점에서 본다면 기저벡터 i^new 과 j^new 가 각각 1차원 열벡터 [2] 와 [3]에 위치하게 되므로 2차원 벡터를 1차원으로 맵핑시키는 결과를 가져옵니다.
근데 신기하게도 이는 벡터의 내적에 관점에서도 u로 이루어진 1차원 선에 특정한 2차원 벡터(point)들을 투사(projection)하고 크기만큼 확장(scale) 것과 같습니다.
이렇게 서로 다른 수학적 개념이 하나로 이어지는 것을 Duality라고 합니다.
References
[1] 3Blue1Brown - Essence of linear algebra