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基 (代數)


線性代數中,向量空間V是一個線性獨立向量的集合並能夠線性擴展為V

F為一,V為一F-向量空間B為V之一子集合。若以下任一條件成立,則稱BV,:

  1. B是一組線性獨立向量的集合並能線性擴展為V
  2. BV最小生成集
  3. B是一個線性獨立向量的最大集合。
  4. 每個V裡的向量都能夠以B中的向量用唯一方式線性組合起來。

以上四條件等價。

這個定義包含有限的條件:一個線性組合通常是個有限的總和。即: a1v1 + ... + anvn. 其中aiF中,viB中,B本身不必為有限集。

每個向量空間都有一個基。若該空間並非有限生成,欲證明此斷言須用佐恩引理。同一向量空間的任何基都擁有相同序數(元素數量),稱為维数。這就是向量空間维数理論

目录

[编辑] 例子

例子I: (1,1) 及(-1,2) 組成R2的基

證明: 這兩個向量是線性獨立並能產生R2

第一部分:證明他們是線性獨立。設有a,b 兩個數:

a(1,1)+b(-1,2)=(0,0). \,

因此:

(a-b,a+2b)=(0,0) \,
  及  
a-b=0 \;(1)
  及  
a+2b=0. \,(2)

把方程2減去方程1,得出:

3b=0 \;
  因此  
b=0. \,

由方程1得出:

a=0. \,

第二部分:證明他們能產生R2, 我們先假設(a,b)R2中的任意元素。這裡存在x,y 能夠:

x(1,1)+y(-1,2)=(a,b). \,

求解:

x-y=a \, (1)
x+2y=b. \, (2)

把方程2減去方程1,得出:

3y=b-a, \,
          因此
y=(b-a)/3, \,
        最後
x=y+a=((b-a)/3)+a. \,

其他例子:

  1. 顯然,e1, e2, ..., en線性獨立而它們生成 \mathbb{R}^n,因此他們是\mathbb{R}^n的基,故\mathbb{R}^n的維度為n
  2. R[x]表示實多項式空間,則(1, x, x^2, \cdot)是它的一個基。因此其維度為\aleph_0(= 自然數集的勢)。

[编辑] 基的延伸

若在向量空間VL是一個線性獨立的集,集G \supseteq L生成V,則存在一個基B使得L \subseteq B \subseteq G

G = V,任意線性獨立集L都可以「擴展」為V的基,但這種擴展未必唯一。

[编辑] 排序基

[编辑] 相關記號

[编辑] 例子


[编辑] 參看