美國數(shù)學(xué)家、數(shù)學(xué)教育家阿克斯勒的經(jīng)典之作《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)（第4版）》自引進(jìn)出版后，廣受好評，收獲了十余萬讀者的認(rèn)可。

這本書長銷了30年，被超過50個國家的420所學(xué)校使用，其實不乏頂尖名校，如加州伯克利、麻省理工、蘇黎世聯(lián)邦理工、巴黎高師等國際名校都用于教材。

在內(nèi)容上，這本書重塑數(shù)學(xué)觀的線性代數(shù)教材，解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的常見困惑，告別煩瑣的代數(shù)計算，從幾何視角領(lǐng)悟線性代數(shù)的思想本質(zhì)，思路行云流水，定理環(huán)環(huán)相扣，貼心講解定義的引入動機(jī)和證明的靈感啟發(fā)。

同時配有10小時導(dǎo)讀視頻，700多道高質(zhì)量習(xí)題。

而此次出版的第四版變化有：內(nèi)容增加15%，習(xí)題增加35%，除內(nèi)容更新外，更增加了250多道習(xí)題。

圖 | 作者謝爾登?阿克斯勒（Sheldon Axler）和他的貓

作者 | 林開亮，現(xiàn)任教于西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院

在中國，線性代數(shù)一般等同于矩陣論，這主要是受華羅庚先生的影響，他的矩陣功底爐火純青，因此他的學(xué)生曾肯成教授這樣說：“龍生龍，鳳生鳳，華羅庚的學(xué)生會打洞?！彼^“打洞”，就是用相似變換或其它矩陣變換將矩陣化成標(biāo)準(zhǔn)型（其中有很多元素為0，即“洞”）。

據(jù)華羅庚的另一得意弟子陸啟鏗院士講，當(dāng)初邀請華羅庚訪問美國普林斯頓高等研究所的外爾（H. Weyl）曾這樣評價：“華羅庚玩矩陣就像玩數(shù)字一樣得心應(yīng)手。”大概是陸啟鏗先生的話被人聽岔了，做出這一評價的外爾教授，有時被訛傳為韋伊（A. Weil）。稍微了解韋伊的人都知道，他不可能說這話。為什么呢？因為韋伊是法國布爾巴基學(xué)派的靈魂人物，他跟謝瓦萊（C. Chevalley）都致力于消除代數(shù)中的行列式、結(jié)式等計算性的概念，而華羅庚是以矩陣計算見長，絕非韋伊所欣賞的風(fēng)格。

“ 即便是本科生的線性代數(shù)教學(xué)，也留下了阿廷（E. Artin）清晰可見的印記：他在我們面前從來絕口不提基和行列式（考慮到他是那么喜歡計算，這真是奇怪的禁令）。阿廷的盟友，謝瓦萊和韋伊，竭盡全力將行列式和結(jié)式驅(qū)逐出代數(shù)。每每想到革命尚未成功，九泉之下的兩位（注：指1962年過世的阿廷和1984年過世的謝瓦萊，韋伊也在1998年過世）可能都無心睡眠。 ”

在這方面，韋伊和謝瓦萊的先驅(qū)，正是羅塔這里所提到的阿廷。荷蘭數(shù)學(xué)家范德瓦爾登（van der Waerden）曾根據(jù)阿廷和諾特（E. Noether）的講義，寫成抽象代數(shù)的經(jīng)典名著《近世代數(shù)》（后來更名為《代數(shù)學(xué)》，有中譯本，科學(xué)出版社），此書直接刺激了布爾巴基學(xué)派的誕生。希爾伯特（Hilbert）、諾特、阿廷是近世代數(shù)的先驅(qū)，近世代數(shù)的思想一度在德國盛行。特別地，受到量子力學(xué)的刺激，馮?諾依曼（von Neumann）將這一思想應(yīng)用到無限維空間的泛函分析中，導(dǎo)致了線性代數(shù)的幾何化。

這方面的第一本書，就是馮?諾依曼在普林斯頓高等研究院的助手哈爾莫斯（P.R. Halmos）根據(jù)他的講義寫成的《有限維向量空間》（Finite-Dimensional Vector Spaces）。該書1942年出版，之后多次再版，現(xiàn)已成為經(jīng)典（期待有朝一日能夠引進(jìn)中譯本，這是筆者心目中獨(dú)一無二的線代數(shù)圣經(jīng)）。

眼下這本《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》（Linear Algebra Done Right 第三版），可以說，基本上是按照《有限維向量空間》的精神寫的一本新書。這毫不奇怪，作者是圣弗朗西斯科州立大學(xué)數(shù)學(xué)系的教授阿克斯勒（Sheldon Axler）。他是哈爾莫斯的徒孫，中間的鏈接是薩拉森（Donald Sarason）。阿克斯勒寫作這本書，可以追溯到他在1995年發(fā)表在《美國數(shù)學(xué)月刊》上的一篇闡述性文章《打倒行列式！》（Down with determinants!），該文次年獲得了美國數(shù)學(xué)協(xié)會頒發(fā)的 Lester R. Ford 寫作獎。標(biāo)題取名為“打倒行列式! ”，也許在中國的讀者看來，有點(diǎn)不可思議！因為在通行的線性代數(shù)教科書中，行列式通常放在一開頭講的，如果直接扔掉了，后面還怎么講？事實上，這是完全可以做到的，《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》就做到了這一點(diǎn)。在全書中，跡和行列式是最后一章，而之前講完了線性代數(shù)所有其它內(nèi)容（尤其是作為矩陣靈魂的特征值與特征向量），根本不需用到這兩個概念！

阿克斯勒之所以要打倒行列式，可能主要是想突出線性代數(shù)的本質(zhì)方面是概念而非計算。正是出于對后一個看法的支持，促使我在這里向讀者推薦這本書。

如前所說，線性代數(shù)的教學(xué)分兩派：一派注重代數(shù)計算，以華羅庚先生為代表，這條線最終可溯源到美國的代數(shù)與數(shù)論學(xué)家迪克森(L. E. Dickson)，中間的鏈接是楊武之教授（楊振寧的父親，把近世代數(shù)和數(shù)論引進(jìn)到中國）；一派注重幾何直觀，以哈爾莫斯為代表，最終追溯到諾特和阿廷，中間的鏈接是馮?諾依曼。雖然我本人經(jīng)受的課堂訓(xùn)練是偏計算的(教材用北大的經(jīng)典《高等代數(shù)》，它以丁石孫先生的《高等代數(shù)簡明教程》為藍(lán)本，丁先生在自傳中說他借鑒了蘇聯(lián)斯米爾諾夫的《高等數(shù)學(xué)教程》；課堂之外，我的高等代數(shù)老師、天津大學(xué)數(shù)學(xué)系田代軍教授指引我去讀華羅庚、萬哲先的《典型群》以及雅各布森（N. Jacobson）的抽象代數(shù)著作)，然而只是在我后來用哈爾莫斯的《有限維向量空間》重新學(xué)了一遍線性代數(shù)以后，我才敢說我對線性代數(shù)有了一點(diǎn)底氣。我希望我說這話時，你不要認(rèn)為我是在吹牛，我甚至希望這話能得到專業(yè)人士的認(rèn)可，因為我在博士論文中的部分工作，就是用阿廷、馮?諾依曼、哈爾莫斯那一派的幾何觀念和方法,完善了華羅庚先生1947年的一項純代數(shù)的矩陣工作。因此可以說，我是華羅庚先生和哈爾莫斯教授兩派結(jié)合的產(chǎn)物。

代數(shù)計算將線性代數(shù)機(jī)械化了（我有一次在打乒乓球時感覺每一次回球就像在做一次初等變換），同時也變得有點(diǎn)無聊。我常常有一種天真的想法，也許可以考慮用吳文俊先生倡導(dǎo)的數(shù)學(xué)機(jī)械化，將華羅庚學(xué)派爐火純青的打洞技術(shù)給實現(xiàn)了！

要想讓線性代數(shù)生動起來，除了介紹一些精彩應(yīng)用的例子外, 一個可行的辦法是強(qiáng)調(diào)幾何的語言。幾何的語言, 自然是相對于代數(shù)的語言而說的。簡單講, 就是用線性變換代替矩陣, 用抽象向量代替列向量。幾何語言的優(yōu)點(diǎn)是簡潔明快, 例如“作用（action）”這個詞給人的感覺就是如此。代數(shù)語言的好處是具體清晰, 兩個矩陣“相乘”在我們頭腦中的圖象,是一系列具體運(yùn)算的運(yùn)作。通常的教科書往往過分強(qiáng)調(diào)了代數(shù)的語言, 這同時也充分暴露了其諸多弊端。最大的缺點(diǎn)在于容易將幾何淹沒于代數(shù)。而且，在很多問題中坐標(biāo)的選取并不重要,我們所需要的往往只是一些基本的運(yùn)算規(guī)律, 例如分配律、結(jié)合律等。這時抽象的幾何語言就十分適用了, 例如在內(nèi)積空間的理論中, 我們往往采用幾何語言。其實，數(shù)學(xué)家正是靠這種幾何觀點(diǎn)來指引具體的代數(shù)運(yùn)算的, 例如所謂Gram-Schmidt正交化, 無非就是將第二個向量沿第一個向量作垂線（從三角形的一個頂點(diǎn)往底邊引高線）, 一旦指出這一點(diǎn), Gram-Schmidt正交化的公式就很容易理解了。更近一步，理解Cauchy-Schwarz不等式就是水到渠成的了：它所對應(yīng)的,無非是這樣一個熟知的幾何事實:直角三角形的直角邊長不超過斜邊長。

我要指出，我這里并非說代數(shù)計算不好，我想強(qiáng)調(diào)的是，要盡可能在在幾何直觀的指引下做代數(shù)計算。我覺得借用阿廷在其名著《幾何化的代數(shù)》（Geometric Algebra,1957年出版）一書中的一句話來評論阿克斯勒的《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》再好不過了：

“ 我的經(jīng)驗是，一個用矩陣進(jìn)行的證明，如果你拋開矩陣的話往往可以使這個證明縮短一半。有時，這一點(diǎn)是辦不到的，你需要計算一個行列式。 ”

我將阿克斯勒的這本書鄭重推薦給所有想重新從幾何的觀點(diǎn)看待線性代數(shù)的朋友，所有想從零開始學(xué)習(xí)線性代數(shù)的朋友。該書繼承和發(fā)揚(yáng)了哈爾莫斯《有限維向量空間》的幾何化特色，以幾何引代數(shù)，以概念指導(dǎo)計算！它會告訴你，線性代數(shù)不僅僅是矩陣論，或者更恰當(dāng)?shù)卣f，從幾何的觀點(diǎn)看，線性代數(shù)和矩陣論原來可以很簡單！你不再需要 -矩陣，不再需要分塊矩陣，更不必?fù)?dān)心復(fù)雜的行列式計算會擋住你前行的道路！而且，額外的好處是，一旦熟悉了這種幾何的觀念和思維，當(dāng)你應(yīng)用線性代數(shù)和學(xué)習(xí)泛函分析時會更加得心應(yīng)手。

根據(jù)我的經(jīng)驗，要使線性代數(shù)在你心中扎根，你需要讀哈爾莫斯的Finite-Dimensional Vector Spaces。如果你還不習(xí)慣讀外文教材，那么阿克斯勒的《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》中譯本在目前是首選。

下面我們簡單介紹一下本書的內(nèi)容。全書共十章，其中三章講向量空間(1,2,6)， 一章講多項式(4),六章講線性映射（其余）。

第一章講向量空間，從經(jīng)典的 維實列向量空間與 維復(fù)列向量空間出發(fā)，引出線性空間的一般概念。向量空間是線性代數(shù)演出的舞臺。(記得我博士畢業(yè)找工作時面試高校教師時抽到的一刻鐘試講題目，就是向量空間。）

第二章講有限維向量空間，維數(shù)是向量空間的基本不變量，借助基與坐標(biāo)映射可以給出抽象向量空間到列空間的同構(gòu)。限制于有限維的好處是，所有的運(yùn)算都是有限的代數(shù)運(yùn)算（不會涉及無窮）。

現(xiàn)在舞臺搭好，主角要出場了，第三章給出線性映射的基本概念。線性映射是向量空間之間的自然映射，在基底下體現(xiàn)為矩陣。給定一個線性映射，就誘導(dǎo)出兩個重要的子空間，核空間與像空間。線性映射的基本定理(3.22節(jié)）給出了這兩個子空間的維數(shù)關(guān)系。(這樣一個定量關(guān)系，其實可以用線性方程組的基本定理來描述。)這個基本定理只是對線性映射給出了最粗略的描述，為了更精細(xì)地觀察線性映射，我們需要將它分解為簡單的線性映射。

為此，一個有效的工具是多項式，這是第四章的主題。這個概念其實不屬于線性代數(shù)，但它的理論可以服務(wù)于線性變換，此即第五章的內(nèi)容。主要的原因在于，當(dāng)一個線性變換 作用于有限維向量空間 時，一定存在多項式 ，使得 。這樣的零化多項式 可用于研究 。例如， 的分解就對應(yīng)給出 的不變子空間分解。在最理想的情況，若 分解為不同的一次因子的乘積，則 就分解為特征子空間的直和。(特征值與特征向量是觀察線性變換的最佳視角，不過并非所有的線性變換都可以完全通過特征向量刻畫）。

第六章討論內(nèi)積空間。內(nèi)積空間中因為賦予了可以度量長度、角度等幾何觀念的內(nèi)積，從而拓展了中學(xué)階段所熟悉的平面向量和空間向量的幾何知識，例如勾股定理、正交投影等。但這不只是簡單地重新喚醒我們的記憶，讓我們將向量幾何從二維三維推廣到高維；現(xiàn)在有了前面關(guān)于向量空間與線性映射的概念，自然我們就要問，內(nèi)積空間的不變量如何刻畫？這就自然引出正交變換的概念，最終我們發(fā)現(xiàn)，原來正交變換（以及平移變換——注意它一般不是線性變換）就是我們中學(xué)所學(xué)習(xí)的全等（也稱為歐幾里得運(yùn)動）概念的實質(zhì)。（在中學(xué)時，我從未了解到，平面上兩個圖形全等的真正含義是，存在平面上的一個全等變換可以將其中一個圖形一一映射成另一個圖形。）

第七章的主題是譜定理，主要的結(jié)果是內(nèi)積空間上的對稱變換可正交分解為一些伸縮變換的直和。這是線性代數(shù)最核心的結(jié)果。據(jù)我分析，每年高等數(shù)學(xué)考研線性代數(shù)兩道大題，分別考察線性方程組的基本定理與實對稱矩陣的譜定理。遺憾的是，我接觸到的一些迎考學(xué)生甚至在線性代數(shù)課程中都沒有學(xué)過譜定理！在我看來，對大部分學(xué)生，線性代數(shù)至少要學(xué)到這里，還應(yīng)知道正交變換的譜定理——因為只有知道了旋轉(zhuǎn)與反射的幾何圖景，你才會與全等變換的直觀印象聯(lián)系起來，代數(shù)與幾何才合二為一。就我個人來說，我真的是學(xué)完第2遍線性代數(shù)才明白我們通常說的三維空間的旋轉(zhuǎn)是什么含義！

致敬科比（單指轉(zhuǎn)球可以看成三維空間的一系列旋轉(zhuǎn)）

第八章講復(fù)向量空間上的線性變換的標(biāo)準(zhǔn)型，第九章講實向量空間上線性變換的標(biāo)準(zhǔn)型，它們都是線性代數(shù)中的經(jīng)典結(jié)果，要用到諸如廣義特征向量之類的概念。不過對一般讀者來說，也許你知道有這么一回事就可以了，畢竟通常呈現(xiàn)在你眼前的線性變換（或矩陣）都是比較簡單而特殊的，用不到如此一般的系統(tǒng)理論。

第十章是跡與行列式，這是線性變換的兩個基本不變量。行列式比跡要復(fù)雜，所以放在后面。我的朋友吳帆在線性代數(shù)教學(xué)方面頗有心得，他曾說過，任何一本線性代數(shù)教材，如果一開頭就講行列式，學(xué)生基本上就學(xué)不會線性代數(shù)了。我想，這正是國內(nèi)許多人學(xué)不會線性代數(shù)的原因吧。因此，我們特別提醒那些想學(xué)會線性代數(shù)的讀者，如果你不想一開頭就被行列式弄頭大，不妨選擇我們推薦的這本書。

對了，各章開頭插入的精美彩圖也會令你眼前一亮，心向往之！我們僅取第一章和最后一章的兩幅插圖為證！

第一章插圖：笛卡兒（右一）在向瑞典女王克里斯蒂娜講解自己的工作

第十章插圖：英國數(shù)學(xué)家和計算機(jī)科學(xué)先驅(qū)艾達(dá)?洛夫萊斯

本書的前兩版曾在美國近420所院校作為教材使用，作者因此收到了成千上萬條反饋意見，可以想見，第三版將何等卓越。奇文共欣賞，疑義相與析。預(yù)祝你們閱讀愉快，有疑問不妨直接與作者聯(lián)系，據(jù)我的經(jīng)歷，阿克斯勒非常歡迎讀者給他提意見與建議。

注：正規(guī)矩陣（normal matrix）是一類重要的矩陣。此處的笑點(diǎn)在于，normal 在英文中是“正?！钡囊馑肌Ｋ?，如果要真正體現(xiàn)出幽默來，可能要將“正規(guī)矩陣”翻譯為“正常矩陣”。請允許我多說一句，可以說，正規(guī)矩陣的譜定理（各個版本）是線性代數(shù)中最重要的一個定理。

• 溫馨提示1：雖然這本書中穿插著一些幽默的圖片與言論（如上圖,取自原書7.B節(jié)習(xí)題15，題目是求圖片中第一個矩陣被擋住的右下角元素。），但它更適合比較嚴(yán)肅的讀者，特別是數(shù)學(xué)系的學(xué)生。讀完這本書，再接觸抽象代數(shù)（如小阿廷（M. Artin）的著作），應(yīng)該會比較容易。對于非數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，我想可能你們會更適應(yīng)MIT數(shù)學(xué)系教授Gilbert Strang的線性代數(shù)教材和公開課視頻。我想這兩本書的差別可以概括為：本書重線性映射的理論，從不變量的角度以幾何的觀點(diǎn)考察線性代數(shù)；Strang的書重矩陣的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)具體計算以詮釋線性代數(shù)的種種應(yīng)用。簡單說，如果你更喜歡線性映射之類的幾何語言，那么用本書；如果你更習(xí)慣矩陣之類的代數(shù)語言，用Strang的書。當(dāng)然，并無絕對，本質(zhì)上線性代數(shù)是代數(shù)與幾何的統(tǒng)一，兩種觀點(diǎn)都是需要的。Strang的個人主頁為：

  http://www-math.mit.edu/~gs/

• 溫馨提示2：《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》原書在2016年出版了一個刪節(jié)版，可以在作者的個人主頁免費(fèi)下載：

  http://linear.axler.net/LinearAbridged.pdf

• 溫馨提示3：作者制作了本書的音頻（帶幻燈片），有興趣的讀者可以瀏覽：

  https://www.bilibili.com/video/av63561127/

“ 致謝：感謝本刊編委、美國南密西西比大學(xué)丁玖教授和付曉青博士對初稿提出了有價值的建議！ ”

《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)（第4版）》

作者：【美】阿克斯勒（Sheldon Axler）

譯者：杜現(xiàn)昆、劉大艷、劉阿明、楊行

美國數(shù)學(xué)家、數(shù)學(xué)教育家阿克斯勒的經(jīng)典之作，影響全球數(shù)學(xué)教育的線性代數(shù)教學(xué)標(biāo)桿；

加州伯克利、麻省理工、蘇黎世聯(lián)邦理工、巴黎高師等國際名校教材；

長銷30年，被超過50個國家的420所學(xué)校使用，不依賴行列式的線性代數(shù)教學(xué)法；

新版變化：內(nèi)容增加15%，習(xí)題增加35%，除內(nèi)容更新外，更增加了250多道習(xí)題。