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高等代数笔记【4】向量与向量空间

时间:2023-01-06 17:01:26浏览次数:38  
标签:定义 beta 笔记 cdots pmb alpha 代数 向量


\(n\) 维向量

注意到,直接使用集合无法区分元素的顺序,例如

\[\{a,b\}=\{b,a\} \]

而且,也无法区分两个值相等但地位不同的对象

\[\{a,a\}=\{a\} \]

于是,我们定义有序对的概念

定义4.1 我们称由元素 \(a,b\) 组成的有序对为

\[\{\{a\},\{a,b\}\} \]

记作 \((a,b)\) .

可以发现,在有序对中,两个元素的地位是不相同的。基于有序对,我们可以归纳地定义 \(n\) 元组的概念

定义4.2 二元组为由两个元素组成的有序对;现在归纳地假设 \(n-1\) 元组已经被定义,则 \(n\) 元组被定义为

\[(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n)=(a_1,(a_2,a_3,\cdots,a_n)) \]

其中 \(a_i\) 为 \(n\) 元组所含的元素.

为了下面讨论的方便,我们约定一元组只包含一个元素,记为 \((a)\) .

有了 \(n\) 元组的概念,我们可以讨论向量的概念

定义4.3 我们称由数域 \(K\) 中的 \(n\) 个元素组成的 \(n\) 元组为数域 K 上的一个 \(n\) 维向量,用小写希腊字母表示。其中,在向量

\[\pmb{\alpha}=(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n) \]

中,称 \(a_i(1\le i\le n)\) 为向量 \(\pmb\alpha\) 的一个分量。

我们还可以定义向量之间的相等关系

定义4.4 设 \(\pmb\alpha=(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n),\pmb\beta=(b_1,b_2,b_3,\cdots,b_n)\) 为两个 \(n\) 维向量,则 \(\pmb\alpha=\pmb\beta\) 当且仅当

\[a_i=b_i,1\le i\le n \]


\(n\) 维向量空间

要讨论数域 \(K\) 上的 \(n\) 维向量空间,首先要对向量之间的运算进行定义

定义4.5 设 \(n\) 维向量

\[\pmb\alpha=(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n),\pmb\beta=(b_1,b_2,b_3,\cdots,b_n) \]

则称

\[\pmb\gamma=(a_1+b_1,a_2+b_2,a_3+b_3,\cdots,a_n+b_n) \]

为向量 \(\pmb\alpha\) 与向量 \(\pmb\beta\) 的和,记为 \(\pmb\alpha+\pmb\beta=\pmb\gamma\) .

由向量加法的定义,立刻可以推出

\[\begin{aligned} \pmb\alpha+\pmb\beta&=\pmb\beta+\pmb\alpha\\ (\pmb\alpha+\pmb\beta)+\pmb\gamma&=\pmb\alpha+(\pmb\beta+\pmb\gamma) \end{aligned} \]

定义4.6 我们称零向量为

\[(0,0,0,\cdots,0) \]

记为 \(\mathbf{0}\) ;

设 \(n\) 维向量

\[\pmb\alpha=(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n) \]

则称向量

\[(-a_1,-a_2,-a_3,\cdots,-a_n) \]

为 \(\pmb\alpha\) 的负向量,记为 \(-\pmb\alpha\) .

可以推出,对于任意 \(n\) 维向量 \(\pmb\alpha\) 都有

\[\begin{aligned} \pmb\alpha+\mathbf{0}&=\pmb\alpha\\ \pmb\alpha+(-&\pmb\alpha)=\pmb0 \end{aligned} \]

且可以定义向量减法

\[\pmb\alpha-\pmb\beta=\pmb\alpha+(-\pmb\beta) \]

另一种运算是数乘

定义4.7 设 \(k\) 为数域 \(K\) 上的元素,向量

\[\pmb\alpha=(a_1,a_2,a_3,\cdots,a_n) \]

\[ 为数域 $K$ 上的 $n$ 维向量,则称向量 \]

(ka_1,ka_2,ka_3,\cdots,ka_n)

\[ 为向量 $\pmb\alpha$ 与数 $k$ 的数量乘积,记为 $k\pmb\alpha$ . \]

可以推出

\[\begin{array}{c} k(\pmb\alpha+\pmb\beta)=k\pmb\alpha+k\pmb\beta\\ (k+l)\pmb\alpha=k\pmb\alpha+l\pmb\alpha\\ k(l\pmb\alpha)=(kl)\pmb\alpha\\ 1\pmb\alpha=\pmb\alpha \end{array} \]

此外,还可以推出

\[\begin{array}{c} 0\pmb\alpha=\pmb0\\ (-1)\pmb\alpha=-\pmb\alpha\\ k\pmb0=\pmb0 \end{array} \]

若 \(k\ne0,\pmb\alpha\ne\pmb0\) ,则

\[k\pmb\alpha\ne\pmb0 \]

现在我们可以定义向量空间

定义4.8 称数域 \(K\) 和数域 \(K\) 上所有 \(n\) 维向量的集合 \(V\) ,以及 \(K\) 和 \(V\) 上的向量加法与数乘运算为数域 \(K\) 上的 \(n\) 维向量空间。

标签:定义,beta,笔记,cdots,pmb,alpha,代数,向量
From: https://www.cnblogs.com/XingMath/p/17030974.html

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