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文档简介

第一节向量的内积一内积的定义和性质三正交向量组二向量的长度与夹角四应用举例五正交矩阵与正交变换一、内积的定义与性质1、定义设n维实向量称实数为向量α与β的内积,记作注:内积是向量的一种运算,用矩阵形式表示,有2、性质(1)对称性:(2)线性性:(3)正定性:1、长度的概念当且仅当时二、向量的长度与夹角令为n维向量α的长度(模或范数).特别长度为1的向量称为单位向量.(1)正定性:(2)齐次性:(3)三角不等式:2、性质(4)柯西-施瓦兹(Cauchy-Schwarz)不等式:当且仅当α与β的线性相关时,等号成立.注①当时,②由非零向量α得到单位向量是α的单位向量.称为把α单位化或标准化.的过程3、夹角设α与β为n维空间的两个非零向量,α与β的夹角的余弦为因此α与β的夹角为例解练习三、正交向量组1、正交当,称α与β正交.注①若,则α与任何向量都正交.②③对于非零向量α与β,2、正交组若向量组中的向量两两正交,且均为非零向量,则这个向量组称为正交向量组,简称正交组.3、标准正交组由单位向量组成的正交组称为标准正交组.定理4、性质正交向量组必为线性无关组.定理若向量β与β与中每个向量都正交,则的任一线性组合也正交.5、正交基若正交向量组则称为向量空间V上的一个正交基.为向量空间V上的一个基,6、标准正交基若标准正交组则称为向量空间V上的一个标准正交基.为向量空间V上的一个基,7、施密特(Schmidt)正交化法设是向量空间V的一个基,要求向量空间V的一个标准正交基,就是要找到一组两两正交的单位向量,使与等价,此问题称为把这组基标准正交化.1)正交化令就得到V的一个标准正交向量组.V的一组标准正交基.如果上述方法称为施密特(Schmidt)正交化法.2)标准化令是V的一组基,则就是注则两两正交,且与等价.上述方法中的两个向量组对任意的与都是等价的.四、应用举例例1证明:中,勾股定理成立的充要条件是正交.解所以成立的充要条件是即正交.已知三维向量空间中,例2正交,试求是三维向量空间的一个正交基.解设则即例4已知向量求的一个标准正交基.解设非零向量都于正交,即满足方程或其基础解系为令1)正交化令2)标准化令五、正交矩阵和正交变换1、定义如果n阶矩阵满足:则称A为正交矩阵.则可表示为若A按列分块表示为A=亦即其中①A的列向量是标准正交组.的一个标准正交基.正交矩阵A的n个列(行)向量构成向量空间2、正交矩阵的充要条件②A的行向量是标准正交组.注3、正交变换若P为正交矩阵,则y=Px线性变换称为正交变换.设

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