目录
向量的概念、向量组的概念
向量的基本运算
线性表出、线性相关、线性无关
向量的概念、向量组的概念
向量(Vector)是一个有次序的数所组成的数组,通常用来表示一个物理量或者一个对象在空间中的移动。向量可以表示位置、速度、力等物理量,也可以表示在数学中的数或矩阵等抽象对象。在物理学和工程学中,向量通常用来表示物体的运动、力的分解、速度和加速度等。
向量组(Vector Bundle)是由一组向量构成的集合。这些向量可以是一组位置向量、一组速度向量、一组力向量等等。向量组在物理学和工程学中有着广泛的应用,例如描述物体的运动状态、分析物体的受力情况等等。
在数学中,向量组的概念也被广泛应用于各种不同的领域,例如线性代数、微分几何、泛函分析等等。向量组可以表示一个矩阵的行向量或列向量,也可以表示一个空间中的一组向量等等。在研究向量组的性质和关系时,通常需要考虑向量组的长度、方向、线性相关性等问题。
向量的基本运算
向量的基本运算包括加法、减法和数乘向量。
- 向量的加法:满足平行四边形法则和三角形法则。向量的加法OB+OA=OC。如果a、b是互为相反的向量,那么a=-b,b=-a,a+b=0。
- 向量的减法:AB-AC=CB,即“共同起点,指向被向量的减法减”。a=(x,y)b=(x',y')则a-b=(x-x',y-y')。
- 数乘向量:实数λ和向量a的乘积是一个向量,记作λa,且∣λa∣=∣λ∣·∣a∣。 当λ>0时,λa与a同方向;当λ=0时,λa=0,方向任意。 当a=0时,对于任意实数λ,都有λa=0。
除了以上三种基本运算,向量的数量积也是一个重要的运算。根据向量的数量积公式,可以计算两个向量的夹角和长度等。
线性表出、线性相关、线性无关
线性表出和线性相关是线性代数中的基本概念,用于描述向量之间的关系。
线性表出(Linear Combination):对于给定的向量组A,线性表出是指用该组中的向量进行加权求和得到的新向量。一般来说,设A是一个由n个向量组成的集合,{α1, α2, ..., αn}为系数集,线性表出的表达式为:
y = α1*x1 + α2*x2 + ... + αn*xn
其中x1, x2, ..., xn是A中的向量,α1, α2, ..., αn是实数,y是新得到的向量。如果y是零向量,则称A中的向量是线性无关的;如果y不是零向量,则称A中的向量是线性相关的。
线性相关(LinearDependency):如果存在一组实数{α1, α2, ..., αn},使得:
α1*x1 + α2*x2 + ... + αn*xn = 0
则称这n个向量是线性相关的。如果所有的实数{α1, α2, ..., αn}都为零,即对于任意i≠j,有αi=0且βj=0,则这n个向量是线性无关的。如果这n个向量中有一些向量的系数不为零,则这n个向量是线性相关的。
注意,当一个向量组中所有向量都是零向量时,这个向量组既可以说是线性无关的也可以说是线性相关的。
线性无关(Linearly Independent)是线性代数中的一个重要概念,用于描述向量之间的关系。
如果向量组A中的每个向量都不能由该组中的其他向量线性表出,则称A是线性无关的。换句话说,如果A中的某个向量可以由其他向量线性表出,则称A是线性相关的。
例如,对于向量组A = {a1, a2, a3},如果存在一组实数{α1, α2, α3},使得:
α1*a1 + α2*a2 + α3*a3 = 0
则称A是线性相关的。如果只有当α1=α2=α3=0时上式才成立,则称A是线性无关的。
线性无关的概念在线性代数中非常重要,因为它可以用来判断向量组的独立性和生成子空间的维数等问题。