欧氏空间
出处:按学科分类—数理科学和化学 清华大学出版社《数学手册(大学生用)》第355页(1769字)
内积 设V是实数域上的线性空间,如果对V内的每一对向量α,β,都与一个确定的实数对应,这个实数记为(α,β),并且满足下列条件:
(1)对称性:(α,β)=(β,α);
(2)线性性:(α+β,γ)=(α,γ)+(β,γ),(kα,β)=k(α,β);
(3)正定性:(α,α)≥0,等号成立当且仅当α=0,则称这个实数(α,β)为向量α,β的内积,又称数量积或点积.
欧氏空间
定义了内积的实数域上的线性空间称为欧氏空间.即有了向量的度量性质的线性空间称为欧氏空间.
向量的长度
两向量间的夹角的余弦
,此时称两向量α,β正交.
柯西不等式
|(α,β)|≤‖α‖‖β‖.
三角不等式
‖α+β‖≤‖α‖+‖β‖.
度量矩阵 设ε1,ε2,…,εn是Vn的一组基,且有(εi,εj)=aij(i,j=1,2,…,n)(显然aij=(εi,εj)=(εj,εi)=aji,i,j=1,2,…,n),令
其中A=AT,(元素的乘法是内积)则称A是Vn在基ε1,ε2,…,εn下的度量矩阵.显然度量矩阵由Vn的一组基的内积所确定.
内积的坐标表达式 设ε1,ε2,…,εn是Vn的一组基,α=x1ε1+x2ε2+…+xnεn,β=y1ε1+y2ε2+…+ynεn,则
不同基下的度量矩阵是合同矩阵 设ε1,ε2,…,εn;η1,η2,…,ηn是Vn的两组基,其中
且(η1,η2,…,ηn)=(ε1,ε2,…,εn)C,则有B=CTAC.
标准正交基 若ε1,ε2,…,εn是欧氏空间的一组基,且满足
则称基ε1,ε2,…,εn为标准正交基.
标准正交基下的度量矩阵是单位矩阵 W是欧氏空间V的一个子空间,α是V的一个向量,若对,都有
(α,β)=0,
则称α与W正交,记作α⊥W.
正交子空间 设W1,W2是欧氏空间的两个子空间,若对于W2,都有
(α,β)=0,
则称W1,W2正交,记作W1⊥W2.
正交补W1,W2是欧氏空间V的两个子空间,满足
W1⊥W2,W1+W2=V,
则称W2为W1的正交补(或W1是W2的正交补).正交补是惟一的,记作.
正交变换 如果欧氏空间的线性变换σ保持向量的内积不变,即对,有
(σ(α),σ(β))=(α,β),
则称σ是正交变换.
正交变换的充分必要条件 σ是V的正交变换,ε2,…,εn是标准正交基,则σ(ε1),σ(ε2),…,σ(εn)也是标准正交基在标准正交基下的对应矩阵是正交矩阵.