기준변경
Change of basis수학에서 유한차원 n의 벡터 공간의 순서적 기초는 좌표 벡터에 의해 벡터 공간의 어떤 요소도 고유하게 표현할 수 있게 하는데, 이것은 좌표라고 불리는 n 스칼라의 순서다. 두 개의 다른 베이스를 고려할 경우, 하나의 벡터 v를 나타내는 좌표 벡터는 일반적으로 다른 베이스에서 v를 나타내는 좌표 벡터와 다르다. 근거의 변경은 한 근거에 대한 좌표적 관점에서 표현된 모든 주장을 다른 근거에 대한 좌표적 관점에서 표현된 주장으로 변환하는 것으로 구성된다.[1][2][3]
이러한 변환은 한 기준과 관련된 좌표를 다른 기준과 비교한 좌표 관점에서 표시하는 기준 변화 공식에서 비롯된다. 행렬을 사용하여 이 공식을 작성할 수 있다.
여기서 "구"와 "신규"는 각각 첫 번째 정의된 기준과 다른 기준을 가리키며, d 디스플레이 {\x} _{은 두 베이스에 있는 동일한 벡터의 좌표의 열 벡터로서 가 된다변화 행렬(전환 행렬이라고도 함)은 이전 기반에서 새로운 기본 벡터의 좌표 벡터인 열 행렬이다.
이 글은 주로 유한차원 벡터 공간을 다루고 있다. 그러나 많은 원리는 무한 차원 벡터 공간에도 유효하다.
기초식 변경
B =( ,…, ) }=(가 필드 F에 걸쳐 유한 차원 벡터 공간 V의 기초가 되게 한다.[a]
j = 1, ..., n의 경우, l: 에 대한 좌표 , j 를 기준으로 벡터 w를j 정의할 수 있다.
내버려두다
그jth 칼럼 wj의 좌표에 의하여 형성되다 모태(여기랑 무슨 일이 뒤따를지에, 나는 항상이 v의 행에 의미하는 지수 나는,}{\displaystyle v_{나는},이 wj의 기둥 옆으로 지수 j참조하므로 항상{\displaystyle w_{j};} 이러한 회의 명시적 com의 오류를 방지하기 위해서도 유용하다.p기언)
Setting one has that is a basis of V if and only if the matrix A is invertible, or equivalently if it has a nonzero determinant. 이 경우 A는 기본 에서 기본 까지의 기본 변화 행렬이라고 한다.
Given a vector let be the coordinates of over and its coordinates over ; 즉
(한 사람은 두 합에 대해 동일한 합계 지수를 취할 수 있지만, 구 기준의 지수 i와 새로운 기준의 지수 j를 체계적으로 선택하면 뒤에 오는 공식이 명확해지고, 증명과 명시적 계산의 오류를 피하는 데 도움이 된다.)
기준 변경 공식은 이전 기준의 좌표를 새로운 기준의 좌표 단위로 표현한다. 상기의 표기법으로는 다음과 같다.
행렬의 관점에서, 기본 공식의 변경은 다음과 같다.
여기서 및 y 은는 ) 각각 d 에 대한 z 좌표의 열 행렬이다.
증명: Change-of-bases 매트릭스에 대한 위의 정의를 사용하면
= = x i z=\textstyle {ii}}}}}}에 대한 기준 변화 공식은 기준에서 벡터의 분해의 고유성에서 기인한다.
예
유클리드 벡터 공간 . {^{2}}을 고려하십시오 표준 기준은 벡터 1=( ,0) 및 = (0 ). ()로 구성된다 t의 각도로 회전하면 w =( , t) =(- , ). tcosi,\,\ t)로 새로운 기초를 형성한다
따라서 기준 변화 행렬은[ t - t ] t . t이다.
기준 변경 공식은, , }}개가 벡터 , ), })의 새 좌표라면 그 중 하나가 있다고 주장한다.
그것은
이것은 서면으로 증명할 수 있다.
선형 지도 측면에서
일반적으로 행렬은 선형 지도를 나타내며, 행렬과 열 행렬의 산물은 해당 선형 지도의 좌표가 열 행렬을 형성하는 벡터에 대한 함수 적용을 나타낸다. 기준 변경 공식은 이 일반 원칙의 특정 사례로, 비록 이것이 그 정의와 입증에서 즉시 명확하지는 않지만.
매트릭스가 선형 지도를 나타낸다고 할 때, 암시적 벡터 공간의 기초를 암묵적으로 가리키며, 근거의 선택이 벡터 공간과n F 사이에 이형성을 유도한다는 사실을 가리키는데, 여기서 F는 스칼라의 영역이다. 각 벡터 공간에 대해 단 하나의 근거만 고려될 때, 이 이소모르프리즘을 암묵적으로 남겨두고, 이소모르프리즘에까지 작용하는 것이 가치가 있다. 여기서는 동일한 벡터 공간의 몇 가지 기초가 고려되기 때문에 보다 정확한 표현이 필요하다.
F를 필드로 하고, n-tuple의 F 는 F-벡터 공간이며, 추가와 스칼라 곱셈은 성분별로 정의된다. 그것의 표준기준은 1을 제외한 모든 구성요소가 0인 튜플을 그것의 ih 요소로서 가지고 있는 기초다.
기준 =( v ,… , ) B는 다음과 같이 선형 이형성 : F → n}\을 정의한다.
반대로, 그러한 선형 이형성은 기초를 정의하는데, 이것은 F 의 표준 기준인 에 의한 이미지다.
l =( v ,… , ) 를 기본 변경의 "구적 기반"이 되게 하고, d{\old}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} 관련 이형성형상 동일시즘이(으 로 한다. 기준 변경 행렬 A가 주어지면, 의 \ A 의 행렬로 간주하고 마지막으로 정의한다.
(여기서 은(는) 함수 구성을 나타냄) 및
이 의 정의가 앞 절의 정의와 동일하다는 것을 보여주는 간단한 검증.
Now, by composing the equation with on the left and on the right, one gets
다음에 v , V이(가)
좌표 대신 선형 지도의 관점에서 표현된 변화 공식이다.
벡터 공간에 정의된 함수
벡터 공간을 영역으로 하는 함수는 일반적으로 함수가 적용되는 벡터에 기초하여 변수가 좌표인 다변량 함수로 지정된다.
기초가 바뀌면 함수의 표현이 바뀐다. 이러한 변화는 "새로운" 좌표 관점에서 "구" 좌표를 표현식에 대체함으로써 계산할 수 있다. 보다 정확히 말하면 f(x)가 구좌표면 함수표현이고, x = Ay가 기준변경식이라면 f(Ay)는 새로운 좌표면에서는 같은 함수의 표현이다.
기저변환식이 새로운 좌표를 기준으로 옛 좌표를 표현한다는 사실은 부자연스럽게 보일 수도 있지만, 여기에는 행렬의 역전이 필요 없기 때문에 유용하게 나타난다.
기준 변화 공식은 선형 함수만을 포함하므로, 많은 함수 특성은 기준 변경에 의해 유지된다. 이를 통해 이러한 속성을 특정 기준과 관련이 없는 변수 벡터의 함수 속성으로 정의할 수 있다. 따라서 도메인이 벡터 공간 또는 그 부분집합인 함수는
어떤 기초에 따라서 모든 기초에 따라 그것을 나타내는 다변량 함수가 동일한 속성을 갖는 경우.
이것은 다지관 이론에서 특히 유용하며, 이는 지속적이고, 다르고, 부드럽고, 분석적인 기능의 개념을 다지관에 정의된 기능까지 확장시킬 수 있기 때문이다.
선형지도
치수 n의 벡터 공간 W에서 치수 m의 벡터 공간 V까지 선형 지도 T: W → V를 고려한다. 그것은 m×n 매트릭스 M으로 V와 W의 "구" 베이스에 표시된다. 기저값 변경은 V의 경우 m×m 기저값 변경 행렬 P, W의 경우 n×n 기저값 변경 행렬 Q로 정의된다.
「새로운」 베이스에서는, T의 매트릭스는.
이것은 기저귀 교환식의 직접적인 결과물이다.
내형성
내형성(nomorphism)은 벡터 공간 V에서 그 자체로 이어지는 선형 지도다. 기초변경의 경우, 앞의 절의 공식이 적용되며, 공식의 양쪽에 동일한 기초변환 행렬이 있다. 즉, M이 "구"기준에 대한 V의 내형성(endomorphism)의 제곱 행렬이고, P가 기저 변화 행렬이라면, "신"기준의 내형성 행렬은 다음과 같다.
모든 반전성 매트릭스는 기저 변화 매트릭스로 사용될 수 있기 때문에, 두 매트릭스가 서로 다른 두 베이스에서 동일한 내형성을 나타내는 경우에만 유사하다는 것을 의미한다.
이선형식
필드 F 위에 있는 벡터 공간 V의 이선형 형태는 함수 V × V → F이며, 두 인수에서 모두 선형이다. 즉, B : V× V → F는 지도 ) 및 ) B이 () 고정된모든 w. {\ V
b(1 ,…, n 다음 항목에 있는 "이전" 기본)은 ith 행과 j번째 열의 항목이 b(i, j)인 행렬이다. v와 w가 두 벡터 v와 w의 좌표의 열 매트릭스인 경우, 1은 다음과 같다.
여기서 은(는) 행렬 v의 전치를 나타낸다.
만약 P가 기초 행렬의 변화라면, 간단한 계산은 새로운 기초에 있는 이선형식의 행렬이
대칭 이선형식은 V의 모든 v와 w에 대해 w)= ) 과 같은 이선형 형태 B이다. 어떤 기준으로든 B의 행렬은 대칭이라는 것을 따른다. 이는 대칭 행렬이 되는 속성이 위의 기준 변경 공식에 의해 유지되어야 함을 의미한다. 매트릭스 제품의 전이가 역순으로 계산된 전치물의 산물이라는 점에도 주목해 이를 확인할 수 있다. 특히.
행렬 B가 대칭인 경우 이 방정식의 두 멤버는 P B 과 같다.
지면장 F의 특성이 2가 아닌 경우, 모든 대칭 이선형 형태에 대해 행렬이 대각선인 근거가 있다. 또한 대각선 상에 0이 아닌 결과 항목은 제곱에 의해 곱셈까지 정의된다. 따라서 접지 필드가 실제 숫자의 R 경우 0이 아닌 항목은 1 또는 –1로 선택할 수 있다. 실베스터의 관성 법칙은 1과 –1의 숫자가 오직 이선형에만 의존한다고 주장하는 정리로, 근거의 변경이 아니다.
실재 위에 있는 대칭 이선형 형태는 기하학과 물리학에서 흔히 접하게 되는데, 전형적으로 사분위와 강체 신체의 관성 연구에서 접하게 된다. 이러한 경우, 직교 기초는 특히 유용하다. 즉, T= - 1.{\ P와 같은 행렬은 기초변화를 위한 기초변화를 제한하는 것을 의미한다.mula는 동일한 대칭 행렬로 표현되는 대칭 이선형과 내형성에 대해 동일하다. 스펙트럼 정리는 그러한 대칭 행렬을 주어진 경우, 결과 행렬(이선 형태와 내형성 둘 다)이 대각선 상에 초기 행렬의 고유값을 갖는 대각선 행렬이 되도록 직교적인 기반 변화가 있다고 주장한다. 그것은 실제로 내형성의 행렬이 대칭적이면 대각선이 가능하다.
참고 항목
- 능동형 및 수동형
- 벡터의 공분산 및 왜곡
- 통합형 변환, 기초변화의 연속 아날로그.
메모들
참조
참고 문헌 목록
- Anton, Howard (1987), Elementary Linear Algebra (5th ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-84819-0
- Beauregard, Raymond A.; Fraleigh, John B. (1973), A First Course In Linear Algebra: with Optional Introduction to Groups, Rings, and Fields, Boston: Houghton Mifflin Company, ISBN 0-395-14017-X
- Nering, Evar D. (1970), Linear Algebra and Matrix Theory (2nd ed.), New York: Wiley, LCCN 76091646
외부 링크
- MIT OpenCourseWare에서 기초변화에 대한 MIT 선형 대수 강의
- 칸 아카데미 기초변화에 관한 강의, 칸 아카데미에서