词条 | 矢量空间 |
释义 | 矢量空间矢量空间(或称线性空间)是现代数学中的一个基本概念。是线性代数研究的基本对象。矢量空间的一个直观模型是矢量几何,几何上的矢量及相关的运算即矢量加法,标量乘法,以及对运算的一些限制如封闭性,结合律,已大致地描述了“矢量空间”这个数学概念的直观形象。 在现代数学中,“矢量”的概念不仅限于此,符合下列公理的任何数学对象都可被当作矢量处理。譬如,实系数多项式的集合在定义适当的运算后构成矢量空间,在代数上处理是方便的。单变元实函数的集合在定义适当的运算后,也构成矢量空间,研究此类函数矢量空间的数学分支称为泛函分析。 公理化定义给定域F,一个矢量空间是个集合V 并规定两个运算: 矢量加法:V × V → V,把 V 中的两个元素v和w变为 V 中另一个元素,记作 v+w; 标量乘法:F × V → V,把F中的一个元素a 和 V 中的一个元素v变为 V 中的另一个元素,记作av。 这两个运算符合下列公理 (对F 中的任意元素 a、b 以及V 中的任意元素 u、v、w): 矢量加法结合律:u+ (v + w) = (u + v) +w, 矢量加法交换律:v + w = w + v, 存在矢量加法的单位元:V 里存在一个叫做零矢量的元素,记作0,满足:∀ v ∈ V , v + 0 = v, 矢量加法的逆元素:∀v∈V, ∃w∈V, 使得 v + w = 0。 标量乘法对矢量加法满足分配律:a(v + w) = av+aw. 标量乘法对域加法满足分配律:(a + b)v = av+bv. 标量乘法与标量的域乘法相容:a(bv) = (ab)v。 标量乘法有单位元:域 F 的乘法单位元1满足:∀ v,1v = v。 前四个公理是说明矢量V在矢量加法中是个交换群,余下的四个公理应用于标量乘法。需要注意的是矢量之间的加法和标量之间的加法是不一样的,标量与矢量之间的乘法(标量乘法)和两个标量之间的乘法(域中自带的乘法)也是不一样的。 简而言之,矢量空间是一个F-模。 V 中的元素叫作矢量,而F 中的元素叫作标量。 若F是实数域R,V称为实数矢量空间. 若F是复数域C,V称为复数矢量空间. 若F是有限域,V称为有限域矢量空间 对一般域F,V称为F-矢量空间 基本性质以下是一些很容易从矢量空间公理推导出来的特性: 零矢量 0 ∈ V (公理3) 是唯一的. a0 = 0 ∀ a ∈ F. 0 v = 0 ∀ v ∈ V 这里 0 是F的加法单位元. av = 0 ,则可以推出要么 a = 0 ,要么 v = 0. 可加的逆元矢量 v (公理4) 是唯一的. (写成−v). 这个写法v − w 及 v + (−w) 都是标准的. (−1)v = −v ∀ v ∈ V. (−a)v = a(−v) = −(av) ∀ a ∈ F , ∀ v ∈ V. |
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