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正交

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正交 (Orthogonal) 係直觀概念入面垂直嘅推廣。作為一個形容詞,只有喺一個確定嘅內積空間當中先至有意義。若果內積空間入面兩向量內積係 0 ,咁就係叫做正交。如果能夠定義向量間嘅夾角,咁正交就可以直接理解成垂直

各種正交概念

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正交子空間

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內積空間中兩個向量內積都係 0,咁佢地兩者就係正交。類似地,若內積空間入面嘅向量v 同子空間A 入面嘅每個向量都正交嘅話,咁呢個向量就係同子空間A正交。若果內積空間嘅子空間AB 滿足其中一個嘅每個向量都同另一者正交,咁佢地就都係正交子空間。

正交變換

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正交變換T:VV{\displaystyle T:V\rightarrow V} 係保持內積嘅線性變換。即是話,對兩個向量,佢地嘅內積等於佢地喺函數 T 下嘅像嘅內積:

Tx,Ty=x,y.{\displaystyle \langle Tx,Ty\rangle =\langle x,y\rangle .}

即係話正交變換保持向量嘅長度唔變,亦都保持兩個向量之間嘅角度不變。

歐氏空間嘅例子

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喺 2D 或者 3D 嘅歐幾裡德空間入面,兩個向量正交 if and only if 佢地嘅點積係零,即係佢地成 90°角。可以睇得出正交嘅概念正係喺呢個基礎上推廣而嚟嘅。喺 3D 空間入面,一條直線嘅正交子空間係一個平面,相反亦都係一樣。4D 空間入面,一條直線嘅正交子空間就係一個超平面(Hyperplane)。


正交函數集

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對於兩個函數fg,可以定義如下的內積:

f,gw=abf(x)g(x)w(x)dx.{\displaystyle \langle f,g\rangle _{w}=\int _{a}^{b}f(x)g(x)w(x)\,dx.}

呢度引進一個非負嘅權函數w(x){\displaystyle w(x)}。呢個內積叫做帶權w(x){\displaystyle w(x)}嘅內積。

兩個函數帶權w(x){\displaystyle w(x)}正交,係指佢地帶權w(x){\displaystyle w(x)} 嘅內積係 0 。

abf(x)g(x)w(x)dx=0.{\displaystyle \int _{a}^{b}f(x)g(x)w(x)\,dx=0.}

由此可以類似定義帶權w(x){\displaystyle w(x)} 嘅模。

||f||w=f,fw{\displaystyle ||f||_{w}={\sqrt {\langle f,f\rangle _{w}}}}

一個函數列{fi :i = 1, 2, 3, ... }如果滿足:

fi,fj=fi(x)fj(x)w(x)dx=||fi||2δi,j=||fj||2δi,j{\displaystyle \langle f_{i},f_{j}\rangle =\int _{-\infty }^{\infty }f_{i}(x)f_{j}(x)w(x)\,dx=||f_{i}||^{2}\delta _{i,j}=||f_{j}||^{2}\delta _{i,j}}

就叫做帶權w(x){\displaystyle w(x)} 嘅正交函數族

如果滿足:

fi,fj=fi(x)fj(x)w(x)dx=δi,j{\displaystyle \langle f_{i},f_{j}\rangle =\int _{-\infty }^{\infty }f_{i}(x)f_{j}(x)w(x)\,dx=\delta _{i,j}}

其中

δi,j={1if i=j0if ij}{\displaystyle \delta _{i,j}=\left\{{\begin{matrix}1&\mathrm {if} \ i=j\\0&\mathrm {if} \ i\neq j\end{matrix}}\right\}}
克羅內克函數

就叫做帶權w(x){\displaystyle w(x)} 嘅標準正交函數族

參見正交多項式

睇埋

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數學最緊要嘅領域之一,研究形狀位置抽象空間
主要領域
重要概念
維度
低維
幾何學史
相關領域
拉雜相關
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