如何理解线性空间这一概念
线性空间是线性代数的中心内容和基本概念之一。在解析几何中引入向量的概念后,许多问题被处理得更加简洁明了。在此基础上,进一步抽象了域相关向量空间的概念。
实系数多项式集在定义了适当的运算后构成线性空间。用代数方法处理它们是方便的。定义了适当的运算后,单变量实函数集也构成线性空间。研究这类函数向量空间的数学分支称为函数分析。向量空间理论和方法在科学技术的各个领域有着广泛的应用。
设V是一个非空集合,P是一个域。若:
1、在v中,定义了一种运算,称为加法,即对于v中的任意两个元素,α+β按照一定的规则对应于v中唯一确定的元素,称为α和β之和。
2、在p和v元素之间定义一个运算,称为纯乘法(也称为量化乘法)。即对V中任意元素α和P中任意元素k,都按某一法则对应V内惟一确定的一个元素kα,称为k与α的积。
扩展资料:
线性空间的线性映射:
若 V 和 W 都是域F上的向量空间,则可以设置v到w的线性变换或“线性映射”。从v到w的这些映射有一些共同点,即它们保持了和商和标量商。这个集合包含从v到w的所有线性映射,以 L(V, W) 来描述,也是域F上的向量空间。当v和w被确定时,线性映射可以用矩阵来表示。
同构是一对一的线性映射。如果v和w之间存在同构,我们称这两个空间同构;场f上的每个n维向量空间都与向量空间f同构。
参考资料来源:百度百科-向量空间
参考资料来源:百度百科-度量线性空间
矩阵分析(一)线性空间
线性空间是定义在数域 上满足某些运算规律的向量集合,而数域本身也是一种特殊的集合。所以我们先讲数域,再讲线性空间
什么是数域?数域是一种数集,元素的和、差、积、商仍在数集中(举有封闭性),称为数域。如,有理数域 ,复数域 ,实数域
线性空间的定义:
注:
简单点说,上述 8 条,只要有任意一条不满足,则 就不是数域 上的线性空间(线性空间中的元素叫向量)
是数域,判断 是否为数域 上的线性空间
解:判断是否线性空间,只需要证明集合 在数域 上是否满足上述 8 条。这里明显满足条件,因此 是数域 上的线性空间
表示所有正实数集合,在 中定义加法 与数量乘法 分别为
判断 是否构成实数域 上的线性空间
解:通过证明交换律,结合律,零元素,负元素,数乘结合律,两个分配律。因此 是实数域 上的线性空间
设 是由系数在实数域 上,次数为 的 次多项式 构成的集合,其加法运算与数乘运算按照通常规定,举例说明 不是 上的线性空间
证略
线性空间
首先我们介绍线性空间的定义。
如果有空间V和数域F,在F中定义了四则运算且对其封闭,对于V中的成员x,y,z和F中的成员a,b,在V中定义了 “加法” :x+y,在F和V上定义 “数乘” :ax。
我们称V是 线性空间 ,如果它满足下面的10条性质:
其中要注意的是,所谓零元并不一定是0,所谓幺元也不一定是1.上面的 和 只是这里的一种记法而已。关于此,接下来会有说明。
我们令F为实属域R,下面的几个例子中,V都满足上面的10条性质,因此都可以称为线性空间:
对于一个线性空间V来说,它的零元是唯一的。这可以用反证法来说明:
同样的,对于某个在V中的x,其负元也是唯一的。这也可以通过类似的反证法说明:
请注意,上面的证明,是全部建立在线性空间的10条性质基础上的,并没有其它定义之外的任何操作。
那么我们要问,既然零元和负元具有唯一性,那么线性空间的幺元是否唯一呢?答案是否定的。
可以举这么一个例子来说明:V是只含元素0的空间。F取作R。可以验证,V是一个线性空间。但是它的幺元可以是F中的任意实数。这就说明,一个线性空间的幺元可以是不唯一的。这同时也说明幺元不一定是1.
最后,我们再来看一个例子:
这同时说明,只要定义合理,零元也不一定就是0.
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