6.2 维数、基与坐标
在 4.4 向量空间 中我们已经提过了基与维数的概念。现将其推广到一般的线性空间。
定义 在线性空间 中,如果存在 个向量 满足
- 线性无关;
- 中的任意向量 总可由 线性表示
那么 就称为线性空间 的一个基, 称为线性空间 的维数。特别地,只含一个零向量的线性空间没有基,规定其维数为 。
维数为 的线性空间称为 维线性空间,记作 ,也可记作 。
NOTE
线性空间的维数可以是无穷。这里不讨论。
对于 维线性空间 ,若知 为 的一个基,则 可表示为
即 是基所生成的线性空间。
若 为 的一个基,则对于任何 都有唯一的一组有序数 使得
反之,任给一组有序数 ,总有唯一的向量
这样 的向量 与有序数组 之间存在着一一对应的关系,因此可以用这组有序数来表示向量 。
于是我们定义 这组有序数称为向量 在 这个基上的坐标,并记作
这样即可把抽象的向量化为具体的有序数进行研究。
一般地,设 与 是两个线性空间,如果在它们的向量之间有一一对应关系,且这个对应关系保持线性组合的对应,那么就说线性空间 与 同构。
显然,任何 维线性空间都与 同构,即维数相等的线性空间都同构。从而可知线性空间的结构完全被它的维数所决定。