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线性空间的维数基与坐标.ppt

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关于线性空间的维数基与坐标第1页,共12页,星期日,2025年,2月5日

定义:在线性空间V中,如果存在n个元素?1,?2,···,?n?V,满足:(1)?1,?2,···,?n线性无关;(2)V中任意元素?总可以由?1,?2,···,?n线性表示,则称?1,?2,···,?n为线性空间V的一个基,称n为线性空间V的维数.当一个线性空间V中存在任意多个线性无关的向量时,就称V是无限维的.维数为n的线性空间V称为n维线性空间,记作Vn.若?1,?2,···,?n为Vn的一个基,则Vn可表示为:Vn={?=x1?1+x2?2+···+xn?n|x1,x2,···,xn?R}第2页,共12页,星期日,2025年,2月5日

二、元素在给定基下的坐标定义:设?1,?2,···,?n为线性空间Vn的一个基,对任意??V,总有且仅有一组有序数x1,x2,···,xn,使?=x1?1+x2?2+···+xn?n,则称有序数组x1,x2,···,xn为元素?在基?1,?2,···,?n下的坐标,并记作?=(x1,x2,···,xn)T.例1:在线性空间P[x]4中,p0=1,p1=x,p2=x2,p3=x3,p4=x4就是P[x]4的一个基.任意不超过4次的多项式:p(x)=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4?P[x]4,都可表示为p(x)=a0p0+a1p1+a2p2+a3p3+a4p4因此,p(x)在这个基1,x,x2,x3,x4下的坐标为p(x)=(a0,a1,a2,a3,a4)T.第3页,共12页,星期日,2025年,2月5日

注意:线性空间V的任一元素在一个基下对应的坐标是唯一的,在不同的基下所对应的坐标一般不同.若取另一个基:q0=1,q1=1+x,q2=2x2,q3=x3,q4=x4,则因此,p(x)在这个基下的坐标为例2:所有二阶实矩阵组成的集合R2?2,对于矩阵的加法和数量乘法,构成实数域R上的一个线性空间.对于R2?2中的矩阵第4页,共12页,星期日,2025年,2月5日

k1E11+k2E12+k3E21+k4E22=因此,有k1E11+k2E12+k3E21+k4E22=O设而k1=k2=k3=k4=0.即,E11,E12,E21,E22线性无关.对任意实二阶矩阵有A=a11E11+a12E12+a21E21+a22E22.所以,E11,E12,E21,E22为V的一个基.而A在基E11,E12,E21,E22下的坐标为:A=(a11,a12,a21,a22)T.第5页,共12页,星期日,2025年,2月5日

例3:在线性空间P[x]n中,取一组基:?0=1,?1=(x–a),?2=(x–a)2,···,?n=(x–a)n.则由泰勒公式知,对任意不超过n次的多项式f(x)都有:因此,f(x)?P[x]n在基?0,?1,?2,···,?n下的坐标为:三、线性空间的同构设?1,?2,···,?n是n维线性空间Vn的一组基,在这组基下,Vn中的每个向量都有唯一确定的坐标.而向量在这组基下的坐标,可以看作Rn中的元素,因此向量与它的坐标之间的对应关系,就是Vn到Rn的一个映射.第6页,共12页,星期日,2025年,2月5日

由于Rn中的每个元素都有Vn中的向量与之对应,同时Vn中不同向量的坐标不同,因而对应Rn中的不同元素.我们称这样的映射是Vn与Rn的一个一一对应的映射,这个对应的重要性表现在它与运算的关系上.设?=a1?1+a2?2+···+an?n?=b1?1+b2?2+···+bn?n即,向量?,??Vn在基?1,?2,···,?n下的坐标分别为:?=(a1,a2,···,an)T,?=(b1,b2,···,bn)T,则?+?=(a1+b1)?1+(a1+b1)?2+···+(a1+b1)?nk?=ka1?1+ka2?2+···+kan?n于是?+?与k?的坐标分别为:(a1+b1,a2+b2,···,an+bn)=(a1,a2,···,a

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