Глава 5
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Евклидовы и унитарные пространства |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 5.1. Определение евклидова пространства |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Говорят, что в действительном |
|
линейном пространстве L определено |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
скалярное произведение, если каждой паре векторов |
x, y L поставлено в со- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ответствие действительное число, обозначаемое |
x, y , причем это соответ- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ствие удовлетворяет следующим аксиомам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
x, y L; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
. x, y y, x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
0 |
. x, y x, y x, y L, R; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
0 |
. x |
y, z |
x, z y, z |
x, y, z L; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
4 |
0 |
. x, x 0 |
при x и |
x, x 0 при x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Действительное линейное пространство, в котором определено скалярное |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
произведение векторов, называется евклидовым пространством. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Для любых двух векторов |
x и y евклидова пространства справедливо не- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
равенство КошиБуняковского: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
x, y |
2 |
x, x y, y . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1.1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Знак равенства в |
5.1.1 |
|
имеет место тогда и только тогда, когда векторы x |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
и |
y коллинеарны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Пример. Докажите, что скалярное произведение в арифметическом про- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
странстве R |
3 |
можно ввести по формуле: если |
|
x 1 |
, 2 , 3 |
, y 1, 2 , 3 , то |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x, y 10 1 1 3 1 2 3 2 1 2 2 2 2 3 3 2 3 3 . |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Доказательство. Покажем, что аксиомы скалярного произведения выпол- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
няются: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. x, y 10 |
3 |
|
2 |
3 |
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
3 |
|
2 |
|
3 |
|
3 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
10 |
1 |
3 |
2 |
3 |
2 |
|
1 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
2 |
|
3 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
3 |
|
|
2. x,
Пусть
3. x
y, x |
|
x, y R |
3 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
y 10 |
|
|
3 |
|
|
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
3 |
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
3 |
|
3 |
10 |
|
|
3 |
|
2 |
3 |
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
3 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
x, y |
|
x, y R |
3 |
, R; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
z 1 , 2 , 3 . Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y, z 10 1 1 1 3 1 1 2 3 2 2 1 2 2 2 22 2 3 3 3 2 3 3 310 1 1 1 2 3 2 1 2 2 2 2 3 3 2 3 3
10 1 1 3 1 2 3 2 1 2 2 2 2 3 3 2 3 3
|
|
|
|
|
x,z y,z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x, y,z R |
3 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
4. x, x |
10 |
2 |
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
10 |
|
2 |
6 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
10 |
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
2 |
2 |
3 |
|
3 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
2 |
2 |
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
10 |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
10 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
10 |
|
10 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
2 |
|
|
|
11 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
10 |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
121 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0, |
|
причем равенство нулю |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
10 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
2 |
|
|
11 |
|
3 |
|
|
|
|
|
11 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
возможно, если |
3 |
|
0, |
2 |
|
|
0, 1 0 |
, т.е. |
x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
5.1.1. Докажите, что из аксиом скалярного произведения вытекают следу- |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ющие свойства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
а) x, y1 |
y2 |
|
|
x, y1 x, y2 |
|
|
для любых векторов евклидова пространства; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
б ) x, y x, y |
|
для любых векторов x, y |
|
евклидова пространства и любого |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
действительного числа |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
в) |
|
x x |
|
, y |
|
|
|
|
x |
, y |
|
|
|
|
x |
|
, y ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
г) |
, x |
|
0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
k |
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
д) i xi , j y j |
|
i j xi , y j . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
i 1 |
|
|
|
j 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 j 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1.2.Докажите, что в любом действительном линейном пространстве можно определить скалярное произведение.
5.1.3.Введите скалярное произведение в n - мерном арифметическом про-
странстве |
R |
n |
. |
|
5.1.4. Введите скалярное произведение в пространстве нов с действительными коэффициентами степени n .
Mn R многочле-
5.1.5. Пусть
A |
|
ij |
|
, |
B
|
ij |
|
|
- квадратные матрицы порядка n над полем
R
. Покажите, что формула
nn
A, B ij ij
i1 j 1
определяет скалярное произве-
дение в линейном пространстве матриц Rn,n . |
||
5.1.6. Пусть x 1 |
, 2 и y 1, 2 - произвольные векторы арифмети- |
|
ческого пространства R |
2 |
. Какая из следующих формул определяет скалярное |
|
произведение:
а) x, y 1 1 2 2 ;
б) x, y a 1 1 b 2 2 , a 0, b 0; в) x, y 1 1 2 2 2 2 1;
г) |
|
x, y |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
? |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
5.1.7. Докажите, что скалярное произведение в |
R |
2 |
можно задать формулой |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
x, y |
|
a |
b |
b |
2 |
|
1 |
c |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 1 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
в том и только том случае, если одновременно a 0 |
и ac b |
2 |
. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
5.1.8. Пусть a - |
фиксированный вектор евклидова пространства L , |
- |
|||||||||||||||||||||||
фиксированное действительное число. Будет ли множество всех векторов |
x , |
||||||||||||||||||||||||||||
для которых |
x, a , линейным подпространством пространства L ? |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
5.1.9. Линейное пространство |
|
L разлагается в прямую сумму подпро- |
|||||||||||||||||||||||
странств |
L1, , Lp |
. На каждом из подпространств |
|
Li |
определено скалярное |
произведение. пространстве
Докажите, что можно L , положив: если x и y
ввести скалярное произведение во всем - произвольные векторы из L с разложе-
ниями |
|
|
по |
подпространствам |
L1 |
, , Lp |
соответственно |
x x1 |
x p |
|||||||||||||||||||||||
y y1 y p |
, то |
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
x, y x |
|
, y |
|
x |
|
, y |
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где скалярное произведение |
x |
, y |
|
вычисляется по правилу, заданному в |
L . |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
||
|
|
5.1.10. В арифметическом пространстве |
R |
для векторов |
x |
и y |
вида |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
~ |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
~ |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x |
|
|
|
, |
|
|
,0,0 , y |
|
, |
|
|
,0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
определено скалярное произведение |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
~ ~ |
|
|
|
|
|
|
1 1 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
x , y |
1 |
|
2 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а для векторов |
|
вида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
x и |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
~ |
0,0, 3 , 4 , |
~ |
|
0,0, 3 , 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
x |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
- скалярное произведение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
~ ~ |
|
|
|
|
3 3 3 4 4 3 2 4 4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
x , y |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и
Введите (по способу, |
описанному в задаче 5.1.9.) скалярное произведение во |
|||||||||
всем пространстве R |
4 |
. Вычислите по полученному правилу скалярное произ- |
||||||||
|
||||||||||
ведение векторов x |
1,2,3,4 и y 3,1 3,2 . |
|
||||||||
|
|
|
§ 5.2. Длины и углы. Ортогональность. Процесс ортогонализации |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ГрамаШмидта. Ортонормированный базис |
|
|||
|
|
Вещественное или комплексное линейное пространство |
L называется |
|||||||
нормированным пространством, |
если каждому вектору x L |
поставлено в |
||||||||
соответствии вещественное число |
x , называемое нормой (или длиной) век- |
|||||||||
тора |
x , причем выполнены следующие аксиомы: |
|
||||||||
0 |
|
0, если |
x , |
0; |
|
|
||||
1 |
. x |
|
|
|||||||
2 |
0 |
. x x |
x L, R или C; |
|
||||||
|
|
|||||||||
30. x y x y x, y L. |
|
|
||||||||
|
|
Третья аксиома называется неравенством треугольника ( или неравен- |
||||||||
ством Минковского). |
|
|
|
|||||||
|
|
Всякое евклидово пространство является нормированным, если в нем |
||||||||
норму любого вектора |
x определить равенством |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2.1 |
||
x |
|
x, x |
|
|
|
|
||||
|
|
Углом |
между ненулевыми векторами x, y евклидова пространства |
называется угол, косинус которого определяется соотношением |
||||||||
cos |
x, y |
|
x, y |
, |
0 |
|||
x |
y |
x, x |
y, y |
|||||
|
|
|
|
|
|
5.2.2 |
|
Если среди векторов x, y есть хоть бы один нулевой, то угол между такими векторами считается неопределенным.
Два ненулевых вектора x и y называются ортогональными, если угол между ними равен 2 , т.е. если x, y 0 .
Система векторов называется ортогональной, если в ней все векторы попарно ортогональны.
Во всяком евклидовом пространстве справедлива теорема Пифагора: ес-
ли векторы x и y ортогональны, то |
x y |
2 |
|
x |
2 |
|
y |
2 |
. |
|
|
|
|||||||
Вектор x называется нормированным, если |
x |
1. |
Система векторов называется нормированной, если нормированы все ее
векторы. |
|
|
|
|
Любой ненулевой вектор |
x |
можно нормировать, если умножить его на |
||
число |
1 |
. |
|
|
|
|
|
||
|
x |
|
|
Нормированная ортогональная система векторов называется ортонорми-
рованной.
Во всяком n - мерном евклидовом пространстве существует ортонормированный базис.
Любую ортонормированную систему векторов можно дополнить до орто-
нормированного базиса. |
|
От любой линейно независимой системы векторов |
x1 , x2 , , xm евклидова |
пространства можно перейти к ортогональной системе |
y1 , y2 , , ym , состоящей |
из ненулевых векторов. Такой переход совершается с помощью процесса ор-
тогонализации ГрамаШмидта по следующим формулам:
y |
x |
; |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
y |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
y |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
21 |
|
1 |
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
, y |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
y |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
; |
5.2.3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
, y |
|
|
|
|
y |
|
|
, y |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
31 |
|
|
1 |
|
|
|
|
32 |
|
2 |
|
|
|
|
|
31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
m |
, y |
|
|
|
|
|
|||
y |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
, i 1,2, ,m 1. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m,m 1 |
m 1 |
|
|
y |
, y |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
m |
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
m1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
m2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mi |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если процесс ортогонализации применять к линейно зависимой системе |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
векторов, то на некотором шаге обязательно получится нулевой вектор. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Пусть e1, e2 , , en - ортонормированный базис |
|
n - мерного евклидова про- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
странства |
|
L |
|
и для векторов |
|
|
x, y L |
имеют место разложения |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x e |
|
2 |
e |
|
|
n |
e |
|
, |
|
y e |
|
|
2 |
e |
|
n |
e . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
В этом случае справедливы равенства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x, y |
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
2 |
|
n |
|
n |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x, x 1 |
2 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i 1,2, , n. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
x, e |
, |
|
|
|
|
|
|
y, e |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 1. Применяя процесс ортогонализации ГрамаШмидта и нормирование векторов, постройте ортонормированный базис подпространства, натянутого на заданную систему векторов
x1 11,,0,0 , x2 1,0,1,0 , x3 1,0,0,1 .
Считайте, |
что в |
R |
4 |
скалярное произведение векторов |
x 1 , 2 , 3 , 4 и |
||||||||||
|
|||||||||||||||
y 1, 2 , 3 , 4 |
задано формулой |
|
|
||||||||||||
x, y |
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
4 |
|
4 |
. |
5.2.4 |
|
||
1 |
|
|
|
|
3 3 |
|
|
|
|
||||||
Решение. |
Прежде |
всего |
|
найдем размерность |
линейной оболочки |
||||||||||
L x1 , x2 , x3 |
, которая будет совпадать с рангом системы векторов x1, x2 , x3 : |
|
x |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
x2 |
|
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
~ |
|
0 |
1 |
|
0 ~ |
|
0 |
|
|
1 |
|
|
0 |
, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
x |
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.е. |
dim L x1 |
, x2 , x3 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
По формулам |
5.2.3 получим ортогональную систему векторов |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
y |
|
x |
1,1,0,0 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
x2 , y1 |
|
1 0 0 0 |
|
1 |
y |
|
|
x |
|
|
|
y |
|
1,0,1,0 |
||||||||||||||||||||||||
21 |
|
|
|
|
2 |
2 |
21 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y1, y1 |
|
|
1 1 0 0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
|
,0 |
|
|
,1 0,0 0 |
|
|
|
, |
|
|
,1,0 y2 |
|
|
|
, |
|
,1,0 ; |
|||||||||||||||||||
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y1 , y2 , y3 |
: |
21 11,,0,0
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
, y |
|
|
|
1 0 |
0 0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
, y |
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
31 |
y |
|
|
, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
32 |
y |
|
|
|
, y |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1 0 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
3 |
x |
3 |
|
31 |
|
1 |
|
|
32 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
, |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
y |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
1,0,0,1 |
|
|
|
1,1,0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
,0 |
|
1 |
|
1 |
,0 |
|
0 |
1 |
,1 0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
, |
1 |
, |
1 |
|
|
y |
|
|
1 |
, |
1 |
, |
1 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,1 |
|
3 |
|
|
|
|
,1 . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
6 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Нормируя векторы |
y1 |
, y2 |
, y3 |
, придем к ортонормированной системе векторов: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
z |
|
|
|
|
1 |
y |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
y |
|
|
|
|
|
1,1,0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
2 |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
1 |
, |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
, |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
z |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y2 , y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
1 |
y |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
1 |
1 |
, |
1 |
, |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
, |
|
1 |
, |
|
|
1 |
, |
3 |
|
. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y3 , y3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
3 |
|
|
2 |
|
3 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Система векторов
подпространства |
L |
z1 ,
x |
, |
1 |
|
z2 , z3
x |
2 |
, x |
3 |
|
|
является искомым ортонормированным базисом
.
Пример 2. Дополните ортонормированную в смысле скалярного произве-
дения 5.2.4 систему векторов x |
|
1 |
1111,,, , x |
|
|
|
1 |
|
|
1,3, 1, 1 до ортонор- |
||||
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
||||||||||||
1 |
|
6 |
|
2 |
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
мированного базиса пространства |
R |
4 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Поскольку dim R4 4 , |
систему векторов x , x |
2 |
необходимо до- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
полнить до ортонормированного базиса еще двумя векторами |
x3 , x4 . Решение |
задачи |
проведем |
||||||
1 |
|
|
|
2 |
|
|
1, |
y |
1,1,1,1 , y |
|
|
в
3, 1,
1
два этапа. Сначала систему дополним до ортогонального базиса
y |
, |
1 |
|
векторов y2 , y3 , y4 ,
а затем векторы y3 и y4 пронормируем. |
|
|||||||||||||
Пусть |
y |
|
|
3 |
, |
3 |
, |
3 |
, |
3 |
|
. В силу того, что |
|
|
3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сываем в матричном виде однородную систему которую получаем:
y1 , y3 0 |
и |
y2 , y3 0 |
, запи- |
линейных уравнений, решая
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
4 |
|
0 |
; |
|
|
||||
1 |
|
|
|
1 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
||||||||||||||
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
, 4 |
- свободные переменные; |
|
|
||||||||||||||||||||
4 |
3 |
0 |
3 |
0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
3 |
. |
||||||||||||
1 |
|
|
2 |
3 |
4 |
|
3 |
4 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1, |
3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Выбрав |
3 |
|
4 |
|
, фиксируем |
||||||||||||||||||||
Аналогично найдем |
|
y |
|
|
|
4 |
, |
4 |
, |
||||||||||||||||
|
4 |
1 |
2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
: |
y |
|
3 |
|
3 |
||
4 |
, |
4 |
||
3 |
4 |
|||
|
|
.
1,0,1,0 .
Единственное отличие состоит в
том, что теперь уравнений: y1 , y
решать
4 0 ,
придется
y |
2 |
, y |
4 |
0 |
|
|
|
однородную
и y3 , y4 0
систему не из двух, а из трех
.
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
||||
|
1 |
3 |
1 |
|
|
~ |
|
0 |
4 |
0 |
|
~ |
|
0 |
1 |
2 |
|
~ |
|
0 |
1 |
2 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
1 1 1
.
4 |
|
|
|
4 |
|
- свободная переменная;
34 1 44 ;
2
24 2 34 44 44 44 0;
|
4 |
|
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
|
1 |
|
4 |
|
|
|
4 |
|
1 |
|
4 |
. |
||||||||||||
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
|
2 |
4 |
|
|
4 |
2 |
4 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
y4 |
1,0, 1,2 . |
|
|
|
|||||||||||||||
Положим |
4 |
. Тогда |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
x3 |
1 |
|
y3 |
|
|
1 |
|
|
|
y3 |
|
|
|
1 |
|
1,0,1,0 , |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
y3 |
|
|
y3 , y3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
x |
4 |
|
1 |
|
y |
4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
y |
4 |
|
1 |
|
|
|
1,0, 1,2 . |
|
|
||||||||||
|
|
|
y4 |
|
|
|
|
|
y4 , y4 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построен ортонормированный базис x1 , x2 , x3 , x4 пространства R4 .
Подчеркнем, что данная задача имела не единственное решение. Выбирая зна-
|
|
|
|
3 |
3 |
4 |
0), мы по- |
|
чения свободных переменных другими (кроме 3 |
0, 4 |
0, 4 |
|
|||||
лучили бы другие векторы x3 и x4 . |
|
|
|
|
||||
5.2.1. Как изменится угол между ненулевыми векторами x и |
y , если |
|||||||
а) умножить вектор |
x на положительное число; |
|
|
|
|
|||
б ) умножить вектор |
x на отрицательное число; |
|
|
|
|
|||
в) умножить оба вектора на отрицательные числа? |
|
|
|
|
||||
В последующих задачах по аналогии с трехмерным евклидовым простран- |
||||||||
ством упорядоченная тройка векторов x, y и x y произвольного евклидова |
||||||||
пространства рассматривается как треугольник, |
о котором говорят, что он |
|||||||
“натянут на векторы |
x |
и y ”. Точно так же считается, что параллелограмм, |
||||||
натянутый на векторы x |
и y , имеет диагоналями векторы x y и |
x y . |
||||||
5.2.2. В треугольнике, натянутом на векторы |
x 2, 1,3, 2 |
и y 3,1,5,1 |
||||||
пространства R |
4 |
, найдите длины сторон. Определите углы между сторонами |
||||||
|
||||||||
треугольникавекторами |
x, y и x y . Какие из этих углов естественно считать |
внутренними углами треугольника, какиевнешними? Скалярное произведение
определено формулой 5.2.4 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2.3. Сформулируйте и докажите теорему косинусов для треугольника, |
|||
натянутого на векторы x и |
y произвольного евклидова пространства. |
|
||
|
5.2.4. Докажите, что в произвольном треугольнике евклидова простран- |
|||
ства: |
|
|
|
|
а) |
длина каждой стороны не превосходит суммы длин двух других сторон; |
|
||
б ) |
длина каждой стороны не меньше, чем абсолютная величина разности длин |
|||
|
двух других сторон. |
|
|
|
|
5.2.5. Докажите, что в параллелограмме, натянутом на векторы x и |
y , |
||
сумма квадратов длин диагоналей равна сумме квадратов длин сторон. |
|
|||
|
5.2.6. Докажите, что в евклидовом пространстве L : |
|
||
а) |
нулевой векторединственный, который обладает тем свойством, что он ор- |
|||
|
тогонален ко всем векторам пространства; |
|
||
б ) |
если равенство a, x |
b, x справедливо для любого вектора x L , |
то |
|
|
a b . |
|
|
|
|
5.2.7. Докажите, что если x, y, , z - ортогональная система векторов, |
то |
||
для любых чисел , , , |
система векторов x, y, , z также будет ортого- |
|||
нальна. |
|
|
|
|
|
5.2.8. Докажите, что если вектор x ортогонален к каждому из векторов |
|||
y1 , y2 , , ym , то он ортогонален и к любой линейной комбинации этих векто- |
||||
ров. |
|
|
|
5.2.9. Докажите, что ортогональная система ненулевых векторов линейно независима.
5.2.10. Применив процесс ортогонализации, найдите ортонормированный базис в пространстве M2 R многочленов степени не более двух, взяв за ис-
ходный базис многочлен дано формулой:
1, t, t |
2 |
|
, если скалярное произведение многочленов за-
а) б )
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f , g |
|
|
f |
t |
|
g t |
dt; |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
f, g 0 0 1 1 2
5.2.11.В пространстве
2
, если
Mn R
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
2 |
|
|
f |
t |
|
|
|
t |
|
t |
|
, g t |
|
многочленов степени не
|
0 |
|
|
|
более
1t n
2t |
2 |
. |
|
задайте
скалярное произведение так, чтобы базис
ным.
|
t |
2 |
|
t |
n |
|
1,t, |
|
, , |
|
|||
2! |
n! |
|||||
|
|
стал ортонормирован-
|
|
5.2.12. Пусть |
R |
4 |
- |
арифметическое |
||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
произведение определено формулой |
|
|
|
|||||||||||||
|
x, y |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
|
2 |
|
3 |
|
|
1 1 |
1 2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
пространство, в котором скалярное
|
2 |
2 |
3 |
|
4 |
|
|
3 |
2 |
|
4 |
3 |
3 |
3 |
4 |
|
4 |
|
где x 1, 2 , 3 , 4 , y 1, 2 , 3 ,
Применив процесс ортогонализации,
4 - произвольные векторы из |
R |
4 |
. |
|
найдите ортонормированный базис про-
странства R |
4 |
, взяв за исходный базис: |
|
||||||
|
|
||||||||
а) e |
1,0,0,0 , |
e |
0,1,0,0 , e |
|
0,0,1,0 , |
e |
|||
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
б) e |
1, 1,0,0 , e |
|
0,1, 1,0 , |
e |
0,0,1, 1 , |
||||
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
0,0,0,1 ; |
|
e |
1,0,0,1 |
4 |
|
R |
n |
|
В дальнейшем предполагается, что
скалярное произведение векторов |
x |
в арифметическом
1 , 2 , , n и |
y |
пространстве
|
1 |
|
2 |
|
n |
|
|
, |
|
, , |
|
задано формулой |
|||||||
|
|
|
1 |
1 |
|
2 |
|
|
x, y |
|
|
|
|
|
|
2
|
n |
n |
.
|
|
5.2.5 |
5.2.13. Убедитесь, что векторы x1, x2 ортогональны, и дополните систему
x1, x2 |
до ортогонального базиса, если |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а) x |
1, 2,2, 3 , |
|
x |
2, 3,2,4 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) x1 111,,,2 , |
x2 |
|
1,2,3, 3 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
в) x |
1, 2,1,3 , |
x |
|
2,1, 31, ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
1 |
1, 11,, 3 , |
|
2 |
4,15,,0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
г) x |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5.2.14. Дополните систему |
x1 |
, x2 |
до ортонормированного базиса, если |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а) x |
|
|
11 |
, |
2 |
, |
2 |
|
x |
|
|
|
|
|
2 |
|
, |
14 |
, |
1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
15 |
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
15 |
|
|
15 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
б) x1 |
|
|
|
|
, |
|
|
, |
|
|
|
, |
x2 |
|
|
|
, |
|
, |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
3 3 3 |
|
|
|
|
|
3 3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|||||||
в) x1 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
, |
|
|
, |
|
|
, |
x2 |
|
|
|
|
|
, |
|
, |
|
, |
|
|
; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
2 2 2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 2 |
|
|
|
5.2.15. Применяя процесс ортогонализации, постройте ортогональный ба-
зис линейной оболочки |
x1 , x2 , , xk , если: |
|
|
|
||||||||
а) x |
2,3, 4, 6 , |
|
x |
|
|
18,, 2, 16 , |
x 12,5, 14,5 , x 311,,4, 7 ; |
|||||
1 |
1,1, 1, 2 , |
|
2 |
5,8, 2, 3 , |
|
|
3 |
|
|
4 |
||
б) x |
x |
|
x |
|
3,9,3,8 ; |
|
|
|
||||
1 |
2,1,3, 1 , x |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
в) x |
|
7,4,3, 3 , x |
|
11,, 6,0 , x |
6,7,7,8 ; |
|||||||
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
г) x |
11,, 1, 2 , |
x |
2,1511,, , |
x |
|
0,3,3,7 , |
x |
|
3, 3, 3, 9 . |
|||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
§ 5.3. Ортогональное дополнение. Ортогональные суммы подпространств
Два подпространства называются ортогональными, если каждый вектор одного подпространства ортогонален каждому вектору другого подпространства . Ортогональность подпространств L1 и L2 обозначается L1 L2 .
Для того чтобы вектор
x
был ортогонален к подпространству
L |
, |
1 |
|
необхо-
димо и достаточно, чтобы он был ортогонален ко всем векторам какого-либо
базиса подпространства
L1 .
Для того чтобы два подпространства были ортогональными, необходимо и достаточно , чтобы каждый вектор какого-либо базиса одного подпространства был ортогонален ко всем векторам какого-либо базиса дру-
гого подпространства. |
|
|
Сумма S подпространств |
L1, L2 , , Lm называется ортогональной и обо- |
|
значается S L1 L2 Lm , |
если подпространства попарно ортогональны. |
|
Ортогональная сумма ненулевых подпространств всегда является прямой |
||
суммой. |
|
|
Совокупность всех векторов, ортогональных к линейному подпростран- |
||
ству L1 евклидова пространства L, |
называется ортогональным дополнением |
|
подпространства L и обозначается |
L . |
|
1 |
|
1 |
Евклидово пространство
L
есть ортогональная сумма любого своего ли-
нейного подпространства L1 |
|
|
|
|
||
и его ортогонального дополнения L1 , т.е. |
|
|
||||
|
L L L . |
|
5. 3.1 |
|||
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
Любой вектор x из евклидова пространства L всегда можно представить, |
|||||
причём единственным образом, в виде |
|
|
|
|||
|
x g h, |
|
|
|
||
|
|
|
5. 3. |
2 |
|
|
где |
g принадлежит некоторому подпространству L1 , h ортогонален к L1 . |
Век- |
||||
тор g называется ортогональной проекцией вектора |
x на подпространство |
|||||
L1, |
а h - перпендикуляром, |
опущенным из x на L1 . |
|
|
|