高等工程数学论文线性空间综述

线性空间综述

高等工程数学

一、 线性空间的综述

1、线性空间相关定义

简单的说，线性空间是这样一种集合，其中任意两元素相加可构成此集合内的另一元素，任意元素与任意数（可以是实数也可以是复数，也可以是任意给定域中的元素）相乘后得到此集合内的另一元素。

2、域的概念 设F是一个非空集合，在F中定义加法和乘法两种运算，且这两种运算对F来说是封闭的，也就是说，对F中的任意两个元素a，b，a+b和ab仍属于F，如果加法和乘法运算满足以下运算规则，则称F对所规定的加法和乘法运算作成一个域：

1.（加法交换律）对F中任意两个元素a，b，有

a+b=b+a

2.（加法结合律）对F中任意三个元素a，b，c，有

(a+b)+c=a+(b+c)

3.（存在0元）F中存在一个元素，我们把它记作0，使得对F中的任意元素a，有

a+0=a

4.（存在负元）对F中的任意元素a，在F中存在一个元素，我们把它记作-a，有 a+(-a)=0

5.（乘法交换律）对F中任意两个元素a，b，有

ab=ba

6.（乘法结合律）对F中任意三个元素a，b，c，有

(ab)c=a(bc)

7.（存在单位元）F中存在一个≠0的元素，我们把它记作e，使得对F中的任意元素a，有

ae=a

8.（存在逆元）对F中任意≠0的元素a，在F中存在一个元素，我们把它记作a‘(因为这里显示不了a的负一次方，所以用a’代替)，有

aa'=e

9.（乘法对加法的分配律）对F中任意三个元素a，b，c，有

a(b+c)=ab+ac

常见的域有：复数域C、实数域R、有理数域Q，但是自然数集N和整数集Z都不是域。

3、线性空间定义：

线性空间综述

设V是一个非空集合，F是一个数域，在集合V的元素之间定义一种代数运算，叫做加法；这就是说，给出了一个法则，对于V中任意两个元素x和y，在V中都有唯一的一个元素z与他们对应，称为x与y的和，记为z=x+y．在数域F与集合V的元素之间还定义了一种运算，叫做数量乘法；这就是说，对于数域F中任一数k与V中任一元素x，在V中都有唯一的一个元素y与他们对应，称为k与x的数量乘积，记为y=kx。如果加法与乘法还满足下述规则，那么V称为数域F上的线性空间．

1. V对加法成Abel群，即满足：

（1）（交换律）x+y=y+x；

（2）（结合律）（x+y）+z=x+（y+z）

（3）（零元素）在V中有一元素0，对于V中任一元素x都有x+0=x；

（4）（负元素）对于V中每一个元素x，都有V中的元素y，使得x+y=0；

2. 数量乘法满足：

（5）1x=x；

（6）k(lx)=(kl)x；

3. 数量乘法和加法满足：

（7）（k+l）x=kx+lx；

（8）k（x+y）=kx+ky．

其中x，y，z为V中任意元素，k，l为数域F中的任意元素，1是F的乘法单位元。 数域F称为线性空间V的系数域或基域，F中元素称为纯量或数量（scalar），V中元素称为向量（vector）。

当系数域F为实数域时，V称为实线性空间。当F为复数域时，V称为复线性空间。

4、简单性质

（1）V中零元素（或称0向量）是唯一的。

（2）V中任一向量x的负元素（或称负向量）是唯一的。

（3）kx=0（其中k是域F中元素，x是V中元素）当且仅当k=0或x=0。

（4）(-k)x=-(kx)=k(-x)。

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