从不同的几何量和物理量中分别抽象出1维向量、2维向量、3维向量,如在几何中,它们分别对应于几何空间中的直线、平面与空间.
由空间解析几何知道
中的向量规定了加法运算,它符合向量的平行四边形法则,还规定了向量与数的数量乘法,这两种运算都满足一定的运算规律.为方便起见,把R3称为3维向量空间.
,相应地称之为2维向量空间R2和1维向量空间R.
同理,也可以把抽象出的n维向量的全体所构成的集合Rn称为n维向量空间.例如,当研究一飞行物在空间运行的状态时,就至少需要通过8维向量来刻画它,这是因为飞行物的空间位置(x,y,z)、质量m、时刻t和飞行速度(vx,vy,vz)都需要同时确定.为此,在Rn中也类似地规定了n维向量的加法和数乘这两种线性运算,有关向量组的线性相关性等已经做过详细的讨论.
注:n维向量的定义是具体空间上向量定义的高度抽象.n维向量定义的产生过程,体现了感性认识到理性认识的飞跃.
定义1 设V是数域F上的n维向量构成的非空集合,且V满足下面两个条件.
(1)若α∈V,β∈V,则α+β∈V.
(2)若α∈V,λ∈F,则λα∈V.则称集合V为F上的向量空间.(https://www.xing528.com)
定义中的条件(1)、(2)称为V对于n维向量的加法及数乘两种运算封闭.本书所提到的向量空间都是实数域F=R上的向量空间.所以,V关于向量的线性运算封闭,V就是一个向量空间.
例如,设α,β是两个已知的n维向量,则集合L={x=λα+μβ|λ,μ∈R}是一个向量空间.
事实上,因为对于任意的x1=λ1α+μ1β,x2=λ2α+μ2β,k∈R,总有x1+x2=(λ1+λ2)α+(μ1+μ2)β∈L,kx1=kλ1α+kμ1β∈L,所以L是一个向量空间,称这个向量空间为由向量α,β所生成的向量空间.
一般地,由向量组α1,α2,…,αm所生成的向量空间记为
L{α1,α2,…,αm}={β=λ1α1+λ2α2+…+λmαm|λ1,λ2,…,λm∈R}.
又例如,齐次线性方程组的解集S={x|Ax=0}是一个向量空间(称为齐次线性方程组的解空间).由齐次线性方程组的解的性质1、2,即知其解集S对向量的线性运算封闭.但是非齐次线性方程组的解集S={x|Ax=b}却不是一个向量空间.
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