第一章:向量空间

本章重点

本章将给出向量空间的定义,并讨论向量空间的基本性质。
    在某些数学领域包括线性代数,如果在研究实数的同时也
研究复数,就会得到更好的定理而且理解也会更深刻。 

因此,我们先介绍复数及其基本性质。

1.1复数如何得来的?

1.负数没有平方根? i^2=-1
2.复数C是实数的超集

其中复数集记为 C=\{ a+bi : a,b \in R \}

复数的除法:

先将分母和分子同乘分母的共轭,把分母化为实数,然后计算分子的乘即可。

元组:

以圆括号包裹,以逗号分隔,长度为非负数(包括0)的n个有序对象的组合。称为元组。

<font color='blue'>定义F^n为长度为n的集合</font>

F^n=\{ (x_1,···,x_n) : x_j \in F,j=1,···,n \}

延伸猜想:

如果定义一个数可以和实数联系起来,那么实数的运算性质可以迁移到定义的数集中,和实数扩展的集合性质也与实数运算的性质相同。
既然实数和虚数的组合符合实数的运算性质,那么多个类同的集合组合在一起又是怎样的呢?这个集合视为F,这个F的性质和实数运算的性质一致。

1.2向量加法与标量乘法

1.把向量空间定义为带有加法和标量乘法的集合V。

2.V上加法:有个函数,使得对于u,v \in V ----> u+v \in V

3.标量乘法:有个函数使得,a \in F,v \in V ----> av \in V

多项式也是向量空间

1.多项式的定义:

系数在F中的多项式为:p: F \to F

有:a_0,···,a_m \in F 使得 p(z)=a_0+a_1z+a_2z^2+···+a_mz^m,z \in F

那么定义:P(F)为系数在F中的所有多项式构成的集合。

理解:上面把z,z^2,z^3 等当做基本向量了。
延伸:那么任意一个函数集也可以看做系数在F中的向量空间了。
原文:一般来说,向量空间是一个抽象的对象,其中的元素可能是组、函数
或稀奇古怪的对象。

向量空间性质:

1.向量空间有唯一的加法单位元。
2.向量空间中的每个元素都有唯一的加法逆。

3.对于每个 v \in V 都有 0v=\vec 0 标量0乘向量v等于零向量 \vec 0

4.对于每个a \in F都有a \vec 0= \vec 0 标量乘以零向量等于零向量

5.对于每个\vec v \in F 都有 (-1)\vec v=-\vec v

验证V子空间的性质:

1.加法单位元: \vec 0 \in U
2.对加法封闭:若\vec u,\vec v \in U,则\vec u+\vec v \in U
3.对标量乘法封闭:若a \in F,\vec u \in U,则a\vec u\in U

子空间例子:

\{(x_1,x_2,0):x_1,x_2 \in F \}F^3的一个子空间

多为实数空间的子空间:R^2的子空间为{0}-原点,R^2,所有过原点的直线。R^3的子空间为{0},过原点的线,过原点的面,R^3

和与直和

和:对于U_1,···,U_m都是V的子空间,则
U_1+···+U_m=\{u_1+···+u_m:u_1 \in U_1,···,u_m \in U_m\}

对于U_1,···,U_m是V的子空间,则$U_1+···+U_m也是V的子空间。

n维向量的空间个数是 2^n个,种数是n+1个

直和:U_1,···,U_m是V的子空间使得V=U_1+···+U_m,V种的每个元素都可以唯一地写成u_1+···+u_m的形式。则称V是子空间U_1,···,U_m的直和,记为:V=U_1\oplus···\oplus U_m

反例:直和的定义要求向量空间中的每个向量都能唯一地表示成一个适当的和。(只需要考虑<b>\vec 0</b>是否可以唯一的写成一个适当的和就可以。)

判定直和的充要条件

(a) V=U_1+···+U_n
(b) 若 \vec 0=u_1+··+u_n,u_j \in U_j,则每个u_j为0。

两个子空间的直和:
V=U \oplus W \Longleftrightarrow V=U+W,并且U \cap W=\{0\}

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,294评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,493评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,790评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,595评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,718评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,906评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,053评论 3 410
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,797评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,250评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,570评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,711评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,388评论 4 332
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,018评论 3 316
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,796评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,023评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,461评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,595评论 2 350

推荐阅读更多精彩内容