Линейное пространство. Евклидово пространство.
Основные понятия линейной алгебры
ОСНОВЫ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ
Лекция-1
Большинство прикладных вычислительных задач, в частности задач расчета строительных конструкций и сооружений, каком-либо этапе сводится к решению задач линейной алгебры. В этом параграфе изложены основные начальные понятия из этой области.
Линейным пространством называется множество элементов любой природы, если выполнены следующие три требования:
I. Имеется правило, посредством которого любым двум элементам и множества ставится в соответствие третий элемент этого множества, называемый суммой элементов и и обозначаемый символом .
II. Имеется правило, посредством которого любому элементу множества и любому вещественному числу ставится в соответствие элемент этого множества, называемый произведением элемента на число и обозначаемый символом .
III. Указанные два правила подчинены следующим восьми аксиомам:
1) (переместительное свойство суммы);
2) (сочетательное свойство суммы);
3) существует нулевой элемент такой, что для любого элемента (особая роль нулевого элемента);
4) для каждого элемента существует противоположный элемент такой, что ;
5) для любого элемента (особая роль числового множителя );
6) (сочетательное относительно числового множителя свойство);
7) (распределительное относительно суммы числовых множителей свойство);
8) (распределительное относительно суммы элементов свойство).
Элементы произвольного линейного пространства принято называть векторами.
В сформулированном определении линейного пространства числа , , … брались из множества вещественных чисел. Поэтому определенное таким образом пространство естественно называть вещественным линейным пространством. При более широком подходе можно брать , , … из множества комплексных чисел. В результате будем иметь понятие комплексного линейного пространства.
Евклидовым пространством (вещественным евклидовым пространством)называется вещественное линейное пространство , если выполнены следующие два требования:
I. Имеется правило, посредством которого любым двум элементам этого пространства и ставится в соответствие вещественное число, называемое скалярным произведением этих элементов и обозначаемое символом .
II. Указанное правило подчинено следующим четырем аксиомам:
1) (переместительное свойство или симметрия);
2) (распределительное свойство);
3) для любого вещественного ;
4) , если ненулевой элемент; , если нулевой элемент.