《线性代数》第五章（5.1）及相关习题

§5.1向量的内积、长度及 正交性 内积的定义及性质 向量的长度及性质 三、正交向量组的概念及其求法 四、正交矩阵与正交变换 五、小结

§5.1 向量的内积、长度及 正交性 • 一、内积的定义及性质 • 二、向量的长度及性质 • 三、正交向量组的概念及其求法 • 四、正交矩阵与正交变换 • 五、小结

一、内积的定义及性质 定义1设有n维向量 n 令[x,y=x1y1+x2y2+…+ no c称[x,刀为向量x与y的内积 上页

定义1 设有n维向量, , 2 1 2 1               =               = n n y y y y x x x x     n n x y = x y + x y ++ x y 1 1 2 2 令 , 称x, y为向量x与 y的 内积 . 一、内积的定义及性质

说明 1(n≥4)维向量的内积是3维向量数量积 的推广,但是没有3维向量直观的几何意义 2内积是向量的一种运算,如果x,p都是列 向量,内积可用矩阵记号表示为: Lx,y=xy 上页

说明 1 维向量的内积是3维向量数量积 的推广，但是没有3维向量直观的几何意义． n(n  4)  ,  . , : 2 , , x y x y x y T = 向量 内积可用矩阵记号表示为 内积是向量的一种运算 如果 都是列

内积的运算性质 (其中x,y,z为n维向量,为实数): ([E,y]=Lyx] (2)x,y=alx,y5 (3)[x+y,]=[x,z]+[y, (4)x,x≥0,且当x≠0时有[x,x>0. 上页

内积的运算性质 (其中x, y,z为n维向量,为实数): (1) x, y =  y, x; (2) x, y = x, y; (3) x + y,z = x,z + y,z; (4)[x, x]  0,且当x  0时有[x, x]  0

二、向量的长度及性质 上定义2令 x=√x,x」=√x2+x2+…+x2 c称x为n维向量x的长度(或范数) 向量的长度具有下述性质: 工工工 1非负性当x≠0时,x>0当x=0时,x=0; 2次性Ax=A|xi; 3三角不等式x+ysx+yl 上页

定义2 1.非负性 2.齐次性 3.三角不等式 ,  , 2 2 2 2 x = x x = x1 + x ++ xn 令 称 x 为n维向量x的 长度 (或 范数 ). 向量的长度具有下述性质： 当x  0时, x  0;当x = 0时, x = 0; x =  x ; x + y  x + y . 二、向量的长度及性质

单位向量及n维向量间的夹角 (1当x=时,称x为单位向量 (2)当1x≠0,y=时,0=arco [x,y] 称为m维向量x与y的夹角 例求向量a=(1,22,3)与B=(3,1)夹角 18 解∵:c0s6= a·B a|B326 22 ∴6 4 上页

单位向量及n维向量间的夹角 例 求向量 = (1,2,2,3)与 = (3,1,5,1)的夹角. 解       cos = 2 2 3 2 6 18 =  = . 4   = (1)当 x = 1时,称x为 单位向量 . ( )   x y x y x y , 2 当  0,  0时, = arccos 称为n维向量x与y的 夹角

、正交向量组的概念及求法 上1正交的概念 当x,y=Q时,称向量x与y正交 由定义知若x=0,则x与任何向量都正交 2正交向量组的概念 若一非零向量组中的向量两两正交,则称该向 量组为正交向量组 上页

１ 正交的概念 ２ 正交向量组的概念 当[x, y] = 0时,称向量x与y 正交 . 由定义知,若 x = 0,则 x与任何向量都正交. 若一非零向量组中的向量两两正交，则称该向 量组为正交向量组． 三、正交向量组的概念及求法

3正交向量组的性质 定理1若n维向量a1,a2…,c,是一组两两正交的 非零向量则a1,a2,…,a,线性无关 证明设有,,…,几使 a1+A2 +…+a.=0 以a左乘上式两端得Aa1a1=0 由a1≠0→a17a1=a12≠0,从而有x1=0 同理可得2=…=41=0故a1a2,…a,线性无关

0 0, 2 1   1 1 = 1  T 由 0 . 从而有1 = 0. 同理可得2 = = r = , , , . 故1  2   r线性无关 证明 设有 1 ,2 ,  ,r 使 11 + 22 ++ r = 0 以a1 T左乘上式两端,得 11 1 = 0 T ３ 正交向量组的性质 非零向量,则 , , , 线性无关. 定 理 若 维向量 , , , 是一组两两正交的 r n r         1 2 1 2 1

c4向量空间的正交基 若a1,a2,…,a,是向量空间的一个基且a1,a2, ,a,是两两正交的非零向量组且,则称a1,a2,…,a,是 向量空间的正交基 例1已知三维向量空间中两个向量 a1=1,a2=-2 正交,试求mx3使a1,a2,ax3构成三维空间的一个正交 基 上页

例1 已知三维向量空间中两个向量           = −           = 1 2 1 , 1 1 1 1  2 正交，试求 使 构成三维空间的一个正交 基.  3 1  2  3 , , ４ 向量空间的正交基 . , , , , , , , , , , , 1 2 1 2 1 2 向量空间 的正交基 是两两正交的非零向量组 则 称 是 若 是向量空间 的一个基 且 V V r r r            

上解设a3=(x1,x2,x)≠0且分别与a1,a2正交 则有a1,a3l=la2,a3l=0 a1,a3l=x1+x2+x3=0 la2,C3l=x1-2x2+x3=0 解之得x1=-x,x2=0 牛若令x=1则有a+-|0 由上可知c1,a2,C3构成三维空间的一个正交基 王页下

即    = − + = = + + = [ , ] 2 0 [ , ] 0 2 3 1 2 3 1 3 1 2 3 x x x x x x     解之得 , 0. x1 = −x3 x2 = 若令 x3 = 1,则有           − =           = 1 0 1 3 2 1 3 x x x  由上可知 1  2  3 构成三维空间的一个正交基. , , 则有 [1 , 3 ] = [ 2 , 3 ] = 0 解 ( , , ) 0, , . 设 3 = 1 2 3  且分别与1  2正交 T x x x