线性空间与线性子空间的维度关系

睿睿分享 2024-08-19 13:44:50

线性空间的定义:

设V是数域P上的线性空间,则V有非空的子集合V1,满足V的运算且对V的运算是封闭的,并且包含零向量和负向量,那么V1就称为V的一个线性子空间。

由于V1最小为零子空间,最大就为V本身。所以V1的维数自然是大于等于0且小于等于V的维数。当且仅当V1为零子空间时,V1的维数为0,当且仅当V1为线性空间V的一部分时,V1的维数为线性空间V的维数。

例如,考虑三维空间中的子集,如直线和平面。在三维空间中,一条直线可以看作是一个二维子空间,因为它只包含两个独立的维度(例如,x和y轴),而忽略了第三个维度(例如,z轴)。同样,一个平面可以看作是一个二维子空间,因为它只包含两个独立的维度,忽略了第三个维度。因此,这些子空间的维数都小于原空间的维数(三维空间)。

在三维空间中,二维空间可以通过限制第三维坐标(即z坐标)为0来定义,这样得到的平面(例如XOY平面)就是一个二维子空间。这是因为,当我们在三维空间中选择一个平面,比如XOY平面,这个平面上的所有向量都具有形式(x, y, 0),即它们的z坐标值为0。这样的平面构成了三维空间中的一个二维子空间,因为它满足子空间的定义:它是通过原空间的向量的线性组合形成的。

因此,可以说二维空间是三维空间的一个子空间,因为它是通过限制三维空间中的z坐标得到的‌。

二维空间中的向量可以表示为(x,y)的形式。但如果要将二维空间看作是三维空间的一个子空间,则须将其视为三维空间中的向量,并扩展为(x,y,0)的形式。‌只有这样二维空间的向量才成为了三维空间中的一个子集,即子空间。这是因为任何空间一定存在它的维度。

综上所述,线性子空间的维数不必与原空间的维数相同,它可以是一个小于或等于原空间维数的任意值‌,这些维度是独立的,但同时那些不独立的维度须以0的形式出现在子空间的向量中,只有这样才构成原空间的子空间。

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