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  • 线性空间和线性变换

      什么是线性的?什么是空间?什么是变换?

      变换倒是容易理解,就是某种映射。对于线性空间,有种似懂未懂的感觉,甚至对空间的概念就是三维坐标空间那样的空间。之所以会有这种朦胧的感觉,是因为经常见到但又不认真地讨论分析过它。

      先给出结论,然后再仔细说明。

    一、结论

      线性空间把集合数域以及满足相应运算律的两种运算作为统一整体的一个概念。

    二、详细介绍

      定义:设V是一个非空集合,F是一个数域。

    (1)如果能定义一种V的元素间的运算,叫做加法:对于V中任意两个元素a,b,都有V中唯一的元素c与之对应;c称为a与b的和,记为c=a+b。

    (2)另外,还能定义一种数域F的数与集合V的元素间的运算,叫做数乘:对于数域F中任一数k及集合V中任一元素a,都有V中唯一的元素d与之对应;d称为k与a的数积,记为   d=ka。

    (3)并且以上两种运算具有如下性质:对于任意的a,b,c属于V及k,l属于F,满足...8个性质

      则称V为数域F上的一个线性空间

      定义中的加法及乘法运算统称为线性运算

    三、深入理解

    (1)线性空间亦称向量空间。线性空间的元素又称为向量,零元素又称为零向量,负元素又称负向量。

    (2)“加法”与“数乘”其实各是一种给定的规则,能成为线性空间定义要求的运算,除了规则的确定性之外,还要具备“运算结果仍在V中”这一条件,即要求集合V具备对加法运算和数乘运算的封闭性。

    (3)复数域C是实数域R上的一个线性空间。这里,加法是通常意义下的,数乘指实数乘复数。但如果数乘选择

      k。a=1/2ka,k属于R,a属于C

      1。a=1/2a不满足其中一条性质,因此在这样的数乘意义下不能构成线性空间

    (4)集合不能构成复数域C上的线性空间。通常意义下的数乘不满足

    (5)容易发现,很多例子中,构成线性空间时的两种运算都是在所涉及领域中通常的加法和数乘,正因为这样,线性空间的研究成果可以方便、有效地用于我们已经熟悉的许多领域、并且具有统一的、居高临下的指导作用。但是,这绝对不是说,只有通常意义下的加法、数乘运算下才可以构成线性空间。例如:

      设R+是正实数的全体集合,R是实数域,定义加法“#”及数乘“。”如下:

      a#b=ab,           a,b属于R+(等式右端的ab为通常意义下的数的乘法)

      k。a=ak            k属于R,a属于R+

      则R+上对于上述运算构成实数域R上的线性空间

      注:这里定义的零元素是1,零元素的定义参见P195吉大教材,通常零元素记为0(但这只是记号,未必是真的零值),即a+0=a。上例中a#1=a,因此1值为零元素

     (6)线性空间的基本性质:

      线性空间的零元素唯一;

      线性空间中任一元素的负元素唯一;

      设V是数域F上的线性空间,则对任何a数域V及k属于F,总有:0a=0零向量;k0=0;当k≠0且a≠0时,定有ka≠0

    四、线性空间的子空间

    (1)定义

      设V是数域F上的线性空间,V1是V的一个非空子集。如果V1对于V的加法与数乘运算也构成数域F上的线性空间,则称V1是V的一个线性子空间,简称子空间。子空间也满足加法和数乘运算的封闭性。

      线性空间V的本身和零子空间称为平凡子空间。

    (2)子空间的交与和 

    子空间的交V1∩V2也是V的子空间

    子空间的和V1+V2也是V的子空间

    子空间的直和:设V1和V2是线性空间V的两个子空间,如果对于和空间V1+V2的任一向量a都有V1中唯一的向量a1及V2中唯一的向量a2使得a=a1+a2,则称V1+V2为直和

    V1+V2为直和的充分必要条件:V1∩V2={0}

    参考文献

     吉大教材《线性代数》最后一章

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Wanggcong/p/4732878.html
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