มิติ (ปริภูมิเวกเตอร์)

ในทางคณิตศาสตร์มิติของปริภูมิเวกเตอร์Vคือจำนวนสมาชิก (กล่าวคือ จำนวนเวกเตอร์) ของฐานของVเหนือฟิลด์ฐาน[ 1 ] [ 2 ]บางครั้งเรียกว่ามิติฮาเมล (ตั้งชื่อตามเกออร์ก ฮาเมล ) หรือมิติพีชคณิต เพื่อแยกความแตกต่างจาก มิติประเภทอื่น
สำหรับปริภูมิเวกเตอร์ทุกปริภูมิจะมีฐานอยู่[ a ]และฐานทั้งหมดของปริภูมิเวกเตอร์จะมีจำนวนสมาชิกเท่ากัน[ b ]ดังนั้น มิติของปริภูมิเวกเตอร์จึงถูกกำหนดอย่างไม่ซ้ำกันกล่าวกันว่ามิติจำกัดถ้ามิติของมีค่าจำกัดและมิติอนันต์ถ้ามิติของมันเป็นอนันต์
มิติของปริภูมิเวกเตอร์ข้ามสนามสามารถเขียนได้ดังนี้หรือเช่นอ่าน "มิติของ"เกิน". เมื่อไรสามารถอนุมานได้จากบริบท โดยทั่วไปมิติจะเขียนดังนี้แทน.
ตัวอย่าง
ปริภูมิเวกเตอร์มี เป็นพื้นฐานมาตรฐานและด้วยเหตุนี้โดยทั่วไปแล้วและโดยทั่วไปยิ่งกว่านั้นอีกสำหรับทุกสาขา
จำนวนเชิงซ้อนเป็นทั้งปริภูมิเวกเตอร์จริงและปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อน มิติของมันขึ้นอยู่กับฟิลด์ฐาน ดังนี้และตัวอย่างเช่น 1 เป็นฐานและจำนวนเชิงซ้อนเป็นสเกลาร์ (องค์ประกอบของฟิลด์สำหรับปริภูมิเวกเตอร์ ) ก่อให้เกิดปริภูมิเวกเตอร์ 1 มิติ ในขณะที่โดยใช้ฐานและจำนวนจริงเป็นสเกลาร์ จะก่อให้เกิดปริภูมิเวกเตอร์ 2 มิติ
ปริภูมิเวกเตอร์เดียวที่มีมิติเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่ประกอบด้วยเพียงองค์ประกอบศูนย์เท่านั้น
คุณสมบัติ
ถ้าเป็นปริภูมิย่อยเชิงเส้นของ, แล้ว
เพื่อแสดงว่าปริภูมิเวกเตอร์สองปริภูมิที่มีมิติจำกัดเท่ากัน สามารถใช้เกณฑ์ต่อไปนี้ได้: ถ้าเป็นปริภูมิเวกเตอร์ที่มีมิติจำกัด และเป็นปริภูมิย่อยเชิงเส้นของกับแล้ว
พื้นที่มีพื้นฐานมาตรฐานที่ไหนคือคอลัมน์ที่ - ของเมทริกซ์เอกลักษณ์ ที่เกี่ยวข้อง ดังนั้นมีมิติ
ปริภูมิเวกเตอร์มิติจำกัดสองปริภูมิใดๆ เหนือเวกเตอร์ ที่มีมิติเท่ากันจะสม isomorphic กัน ฟังก์ชัน หนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงระหว่างฐานของเวกเตอร์ทั้งสองสามารถขยายได้อย่างไม่ซ้ำกันเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงระหว่างปริภูมิเวกเตอร์ทั้งสอง ถ้าคือเซตบางเซต ซึ่งเป็นปริภูมิเวกเตอร์ที่มีมิติเกินสามารถสร้างได้ดังนี้: นำเซตมาของฟังก์ชันทั้งหมดโดยที่สำหรับทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัดในฟังก์ชันเหล่านี้สามารถบวกและคูณกับองค์ประกอบของได้เพื่อให้ได้สิ่งที่ต้องการ-ปริภูมิเวกเตอร์
ผลลัพธ์ที่สำคัญเกี่ยวกับมิติได้มาจากทฤษฎีบทอันดับ-มิติว่างสำหรับแผนที่เชิงเส้น
ถ้าเป็นการขยายฟิลด์ดังนั้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือปริมาณเวกเตอร์เหนือนอกจากนี้ ทุกๆ-ปริภูมิเวกเตอร์ก็เป็นเช่นกัน-ปริภูมิเวกเตอร์ มิติต่างๆ สัมพันธ์กันด้วยสูตร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อนทุกปริภูมิที่มีมิติเป็นปริภูมิเวกเตอร์จริงที่มีมิติ
สูตรบางสูตรเชื่อมโยงมิติของปริภูมิเวกเตอร์กับจำนวนสมาชิกของฟิลด์ฐานและจำนวนสมาชิกของปริภูมิเวกเตอร์เอง ถ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์เหนือฟิลด์และถ้าขนาดของถูกกำหนดโดยแล้ว:
- ถ้ามืดถ้ามีค่าจำกัด
- ถ้ามืดดังนั้นมันจึงเป็นอนันต์
การสรุปโดยทั่วไป
ปริมาณเวกเตอร์สามารถมองได้ว่าเป็นกรณีเฉพาะของเมทริกซ์และในเมทริกซ์นั้นมีแนวคิดเรื่องมิติที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนความยาวของโมดูลและอันดับของกลุ่มอาเบเลียนต่างก็มีคุณสมบัติหลายอย่างที่คล้ายคลึงกับมิติของปริมาณเวกเตอร์
มิติครัลล์ของวงแหวน สลับ ที่ ซึ่งตั้งชื่อตามโวล์ฟกัง ครัลล์ (ค.ศ. 1899 – 1971) ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนสูงสุดของการรวมอย่างเข้มงวดในลำดับที่เพิ่มขึ้นของอุดมคติเฉพาะในวงแหวน
ติดตาม
มิติของปริภูมิเวกเตอร์อาจถูกกำหนดลักษณะได้อีกแบบหนึ่งโดยพิจารณาจากร่องรอยของตัวดำเนินการเอกลักษณ์ตัวอย่างเช่น ดูเหมือนว่านี่จะเป็นคำจำกัดความแบบวนลูปแต่ก็ช่วยให้สามารถสรุปเป็นหลักการทั่วไปที่มีประโยชน์ได้
ประการแรก มันช่วยให้สามารถกำหนดแนวคิดเรื่องมิติได้เมื่อเรามีร่องรอยแต่ไม่มีความรู้สึกพื้นฐานตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น เราอาจมีพีชคณิตพร้อมแผนที่(การรวมสเกลาร์ ซึ่งเรียกว่าหน่วย ) และแผนที่(สอดคล้องกับร่องรอย เรียกว่าหน่วยย่อย ) องค์ประกอบเป็นสเกลาร์ (ซึ่งเป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นบนปริภูมิ 1 มิติ) สอดคล้องกับ "ร่องรอยของเอกลักษณ์" และให้แนวคิดเกี่ยวกับมิติสำหรับพีชคณิตนามธรรม ในทางปฏิบัติ ในไบอัลจีบราแผนที่นี้จำเป็นต้องเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งสามารถหาได้โดยการทำให้โคยูนิตเป็นมาตรฐานโดยการหารด้วยมิติ ( :=\textstyle {\frac {1}{n}}\operatorname {tr} } ) ดังนั้นในกรณีเหล่านี้ ค่าคงที่การทำให้เป็นมาตรฐานจะสอดคล้องกับมิติ
อีกทางเลือกหนึ่ง อาจเป็นไปได้ที่จะหาผลรวมของตัวดำเนินการบนปริภูมิที่มีมิติอนันต์ ในกรณีนี้ ผลรวม (จำกัด) จะถูกกำหนดขึ้น แม้ว่าจะไม่มีมิติ (จำกัด) อยู่จริงก็ตาม และให้แนวคิดเกี่ยวกับ "มิติของตัวดำเนินการ" สิ่งเหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่ม " ตัวดำเนินการ ชั้นผลรวม " บนปริภูมิฮิลเบิร์ตหรือโดยทั่วไปแล้วตัวดำเนินการนิวเคลียร์บนปริภูมิบานาค
การสรุปแบบละเอียดกว่านั้นคือการพิจารณาร่องรอยของกลุ่มตัวดำเนินการว่าเป็นมิติที่ "บิดเบี้ยว" ชนิดหนึ่ง สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในทฤษฎีการแทนค่าซึ่งลักษณะเฉพาะของการแทนค่าคือร่องรอยของการแทนค่า ดังนั้นจึงเป็นฟังก์ชันค่าสเกลาร์บนกลุ่มซึ่งคุณค่าที่มีต่ออัตลักษณ์มิติของการแสดงผลนั้น หมายถึง การแสดงผลจะส่งค่าเอกลักษณ์ในกลุ่มไปยังเมทริกซ์เอกลักษณ์:ค่าอื่นๆลักษณะของตัวละครสามารถมองได้ว่าเป็นมิติที่ "บิดเบี้ยว" และสามารถหาความคล้ายคลึงหรือการสรุปทั่วไปของข้อความเกี่ยวกับมิติไปสู่ข้อความเกี่ยวกับตัวละครหรือการแสดงออก ตัวอย่างที่ซับซ้อนของเรื่องนี้เกิดขึ้นในทฤษฎีของเหล้าเถื่อนที่น่ากลัว :-invariantคือมิติเกรดของการแสดงเกรดมิติอนันต์ของกลุ่มมอนสเตอร์และการแทนที่มิติด้วยอักขระจะให้ชุด McKay–Thompsonสำหรับแต่ละองค์ประกอบของกลุ่มมอนสเตอร์[ 3 ]
ดูเพิ่มเติม
- มิติแฟรกทัล– จำนวนจริงของมิติเชิงพื้นที่
- มิติครัลล์– ในทางคณิตศาสตร์ หมายถึง มิติของวงแหวน
- ระดับ Matroid – ขนาดสูงสุดของเซตอิสระของ Matroid
- อันดับ (พีชคณิตเชิงเส้น) – มิติของปริภูมิคอลัมน์ของเมทริกซ์
- มิติเชิงทอพอโลยี– นิยามของมิติของปริภูมิที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามทอพอโลยีหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทางหรือที่เรียกว่ามิติการครอบคลุมของเลเบส
หมายเหตุ
แหล่งที่มา
- Axler, Sheldon (2015). พีชคณิตเชิงเส้นที่ถูกต้อง . ตำราคณิตศาสตร์ระดับปริญญาตรี ( ฉบับที่ 3). Springer . ISBN 978-3-319-11079-0.
ลิงก์ภายนอก
- การบรรยายเรื่องพีชคณิตเชิงเส้นของ MIT ในหัวข้อความเป็นอิสระ ฐาน และมิติ โดย Gilbert Strangที่ MIT OpenCourseWare