正交向量组

更新时间:2024-08-06 22:25

正交向量组是一组非零的两两正交(即内积为0)的向量构成的向量组。

向量

在数学中,向量(也称为欧几里得向量、几何向量、矢量),指具有大小(magnitude)和方向的量。它可以形象化地表示为带箭头的线段。箭头所指:代表向量的方向;线段长度:代表向量的大小。与向量对应的只有大小,没有方向的量叫做数量(物理学中称标量)。

向量的记法:印刷体记作粗体的字母(如a、b、u、v),书写时在字母顶上加一小箭头“→”。[1]如果给定向量的起点(A)和终点(B),可将向量记作AB(并于顶上加→)。在空间直角坐标系中,也能把向量以数对形式表示,例如Oxy平面中(2,3)是一向量。

在物理学和工程学中,几何向量更常被称为矢量。许多物理量都是矢量,比如一个物体的位移,球撞向墙而对其施加的等等。与之相对的是标量,即只有大小而没有方向的量。一些与向量有关的定义亦与物理概念有密切的联系,例如向量势对应于物理中的势能

几何向量的概念在线性代数中经由抽象化,得到更一般的向量概念。此处向量定义为向量空间坐标系,也可以透过选取恰当的定义,在向量空间上介定范数内积,这允许我们把抽象意义上的向量类比为具体的几何向量。

向量组就是多个向量的组合。

正交

在三维向量空间中,两个向量的内积如果是零, 那么就说这两个向量是正交的。正交最早出现于三维空间中的向量分析。换句话说,两个向量正交意味着它们是相互垂直的。若向量α与β正交,则记为α⊥β。

对于一般的希尔伯特空间,也有内积的概念,所以人们也可以按照上面的方式定义正交的概念。特别的,我们有n维欧氏空间中的正交概念,这是最直接的推广。

和正交有关的数学概念非常多,比如正交矩阵,正交补空间,施密特正交化法,最小二乘法等等。

另外在此补充正交函数系的定义:在三角函数系中任何不同的两个函数的乘积在区间[-π,π]上的积分等于0,则称这样的三角函数组成的体系叫正交函数系。

定义

正交向量组是一组非零的两两正交(即内积为0)的向量构成的向量组。

求解方法:施密特正交化

高等代数中,欧式空间的一组线性无关的向量张成一个子空间,那么这一组向量就称为这个子空间的一个基。施密特正交化提供了一种方法,能够通过这一子空间上的一个基得出子空间的一个正交基,并可进一步求出对应的标准正交基。从几何上说,正交基就像一个欧式空间的直角坐标系,比如三维空间的x轴,)轴,:轴,没有正交化的就是非欧几何,如用(1,0,0),X1,1,0),(1,1,1)也可以作为一组基,但别的向量用这组基表示不方便。其实用正交基的好处在于数值计算上,不用正交基的话计算不稳定,会随着计算过程逐步积累误差,可能会使得误差过大而使计算结果根本不可用,而正交基则不会发生这种问题。

设n维欧式空间,、是空间向量,将施密特正交化的过程如下:

第一步:正交化

第二步:单位化

举例

设有R^3中的标准单位向量е 1=(1,0,0),е2=(0,1,0),е3=(0,0,1)。则

(е 1,е2)=0, (е 1,е3)=0,(е2,е3)=0.

所以{е 1,е2,е3}是一个正交向量组。

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