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什么是由基张成的空间

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前言:

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以上是线性空间的定义,包括线性运算和向量空间两重含义。

定义中V是一个向量的集合。在二维空间中,就是平面上所有的点。

向量张成的空间:所有可以表示为给定向量线性组合的向量的集合(二维空间中,若给定向量线性无关,则为整个平面,若线性相关,则为一条直线,零向量张成的空间为零;三维空间,给定向量线性无关,则为整个空间)

比如,上图二维坐标系中,X轴与Y轴可以看着是两个线性无关的向量,在这个平面中的任意一点,都可以表示为:

p(3,4)=3x+4y这种形式,即x、y两个向量的线性组合,其中(3,4)是坐标值。

扩充下去就是线性空间的一般表达式:

x=a1x1+a2x2+a3x3+.......

x1,x2,x3,...是坐标轴,都是一次变量;a1,a2,a3,...则是坐标值。

随着X轴与Y轴向上下左右无限延伸,会有越来越多的点包括在这个平面中(100,100),

(1000,1000),(10000,10000),等等,所以叫做x、y两个向量张成的空间,英语单词就是span。所以我们可以把span这个单词就想象成坐标轴无限延伸的过程。

上图的三维空间也是一样。

将基向量的个数扩展到n个,意思也一样。

子空间W首先也是一个集合,是集合V的一部分,比如,对于三维空间而言,取出其中一部分的点:(1,2,3),(2,2,4),(3,4,5),(5,3,0),等等,这些向量就构成了一个子空间,只要规定对这些向量进行加法和数乘运算以后得到的结果,还是属于这个W空间。

对于n维空间而言:

过原点的一个m维空间,只要m≤n,那m就一定是n维空间的一个子空间

例:3维空间中,过原点的一个2维空间(平面)即3维空间中的一个子空间

例:3维空间中,过原点的一个1维空间(直线)即3维空间中的一个子空间

子空间的维数可以小于等于原空间的维数。

比如,在三维空间中,令z坐标轴的坐标值为0,得到的是XOY平面这个子空间:

(1,2,0),(2,2,0),(3,4,0),(5,3,0),等等。子空间的维数是2。

线性空间一定包含零向量。

事实上,作为空间,它对加法和数量乘法都封闭。

所以,若向量 a属于空间V,则-a也属于空间V,

从而a+(-a)=0属于空间V。

总之:

1:线性空间首先满足加法和数乘运算,然后是一个向量空间。

2:线性空间的获得可以认为是坐标轴(基向量)的无限延伸而得到。

3:子空间是原空间的一部分,这一点包括内容的一部分和维度的一部分两个意思。

4:线性空间一定包含零向量。

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