กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

มิติ (ปริภูมิเวกเตอร์)

ในทางคณิตศาสตร์มิติของปริภูมิเวกเตอร์Vคือจำนวนสมาชิก (กล่าวคือ จำนวนเวกเตอร์) ของฐานของVเหนือฟิลด์ฐาน บางครั้งเรียกว่ามิติฮาเมล (ตั้งชื่อตามเกออร์ก ฮาเมล ) หรือมิติพีชคณิต...

มิติ (ปริภูมิเวกเตอร์)

แผนภาพแสดงมิติที่ 1, 2, 3 และ 4

ในทางคณิตศาสตร์มิติของปริภูมิเวกเตอร์Vคือจำนวนสมาชิก (กล่าวคือ จำนวนเวกเตอร์) ของฐานของVเหนือฟิลด์ฐาน[ 1 ] [ 2 ]บางครั้งเรียกว่ามิติฮาเมล (ตั้งชื่อตามเกออร์ก ฮาเมล ) หรือมิติพีชคณิต เพื่อแยกความแตกต่างจาก มิติประเภทอื่น

สำหรับปริภูมิเวกเตอร์ทุกปริภูมิจะมีฐานอยู่[ a ]และฐานทั้งหมดของปริภูมิเวกเตอร์จะมีจำนวนสมาชิกเท่ากัน[ b ]ดังนั้น มิติของปริภูมิเวกเตอร์จึงถูกกำหนดอย่างไม่ซ้ำกันวี{\displaystyle V}กล่าวกันว่ามิติจำกัดถ้ามิติของวี{\displaystyle V}มีค่าจำกัดและมิติอนันต์ถ้ามิติของมันเป็นอนันต์

มิติของปริภูมิเวกเตอร์วี{\displaystyle V}ข้ามสนามเอฟ{\displaystyle F}สามารถเขียนได้ดังนี้มืดเอฟ(วี){\displaystyle \dim _{F}(V)}หรือเช่น[วี:เอฟ],{\displaystyle [V:F],}อ่าน "มิติของ"วี{\displaystyle V}เกินเอฟ{\displaystyle F}". เมื่อไรเอฟ{\displaystyle F}สามารถอนุมานได้จากบริบท โดยทั่วไปมิติจะเขียนดังนี้มืด(วี){\displaystyle \dim(V)}แทน.

ตัวอย่าง

ปริภูมิเวกเตอร์อาร์3{\displaystyle \mathbb {R} ^{3}}มี {(100),(010),(001)}{\displaystyle \left\{{\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}0\\1\\0\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}}\right\}} เป็นพื้นฐานมาตรฐานและด้วยเหตุนี้มืดอาร์(อาร์3)=3.{\displaystyle \dim _{\mathbb {R} }(\mathbb {R} ^{3})=3.}โดยทั่วไปแล้วมืดอาร์(อาร์n)=n,{\displaystyle \dim _{\mathbb {R} }(\mathbb {R} ^{n})=n,}และโดยทั่วไปยิ่งกว่านั้นอีกมืดเอฟ(เอฟn)=n{\displaystyle \dim _{F}(F^{n})=n}สำหรับทุกสาขาเอฟ.{\displaystyle F.}

จำนวนเชิงซ้อนซี{\displaystyle \mathbb {C} }เป็นทั้งปริภูมิเวกเตอร์จริงและปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อน มิติของมันขึ้นอยู่กับฟิลด์ฐาน ดังนี้มืดอาร์(ซี)=2{\displaystyle \dim _{\mathbb {R} }(\mathbb {C} )=2}และมืดซี(ซี)=1{\displaystyle \dim _{\mathbb {C} }(\mathbb {C} )=1}ตัวอย่างเช่น 1 เป็นฐานและจำนวนเชิงซ้อนเป็นสเกลาร์ (องค์ประกอบของฟิลด์สำหรับปริภูมิเวกเตอร์ ) ก่อให้เกิดปริภูมิเวกเตอร์ 1 มิติ ในขณะที่{1,ฉัน}{\textstyle \{1,i\}}โดยใช้ฐานและจำนวนจริงเป็นสเกลาร์ จะก่อให้เกิดปริภูมิเวกเตอร์ 2 มิติ

ปริภูมิเวกเตอร์เดียวที่มีมิติ0{\displaystyle 0}เป็น{0},{\displaystyle \{0\},}ปริมาณเวกเตอร์ที่ประกอบด้วยเพียงองค์ประกอบศูนย์เท่านั้น

คุณสมบัติ

ถ้า{\displaystyle W}เป็นปริภูมิย่อยเชิงเส้นของวี{\displaystyle V}, แล้วมืด()มืด(วี).{\displaystyle \dim(W)\leq \dim(V)}

เพื่อแสดงว่าปริภูมิเวกเตอร์สองปริภูมิที่มีมิติจำกัดเท่ากัน สามารถใช้เกณฑ์ต่อไปนี้ได้: ถ้าวี{\displaystyle V}เป็นปริภูมิเวกเตอร์ที่มีมิติจำกัด และ{\displaystyle W}เป็นปริภูมิย่อยเชิงเส้นของวี{\displaystyle V}กับมืด()=มืด(วี),{\displaystyle \dim(W)=\dim(V),}แล้ว=วี.{\displaystyle W=V.}

พื้นที่อาร์n{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}มีพื้นฐานมาตรฐาน{อี1,,อีn},{\displaystyle \left\{e_{1},\ldots ,e_{n}\right\},}ที่ไหนอีฉัน{\displaystyle e_{i}}คือฉัน{\displaystyle i}คอลัมน์ที่ - ของเมทริกซ์เอกลักษณ์ ที่เกี่ยวข้อง ดังนั้นอาร์n{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}มีมิติn.{\displaystyle n.}

ปริภูมิเวกเตอร์มิติจำกัดสองปริภูมิใดๆ เหนือเอฟ{\displaystyle F}เวกเตอร์ ที่มีมิติเท่ากันจะสม isomorphic กัน ฟังก์ชัน หนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงระหว่างฐานของเวกเตอร์ทั้งสองสามารถขยายได้อย่างไม่ซ้ำกันเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึงระหว่างปริภูมิเวกเตอร์ทั้งสอง ถ้าบี{\displaystyle B}คือเซตบางเซต ซึ่งเป็นปริภูมิเวกเตอร์ที่มีมิติ|บี|{\displaystyle ||B|}เกินเอฟ{\displaystyle F}สามารถสร้างได้ดังนี้: นำเซตมาเอฟ(บี){\displaystyle F(B)}ของฟังก์ชันทั้งหมดเอฟ:บีเอฟ{\displaystyle f:B\to F}โดยที่เอฟ()=0{\displaystyle f(b)=0}สำหรับทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัด{\displaystyle b}ในบี.{\displaystyle B.}ฟังก์ชันเหล่านี้สามารถบวกและคูณกับองค์ประกอบของได้เอฟ{\displaystyle F}เพื่อให้ได้สิ่งที่ต้องการเอฟ{\displaystyle F}-ปริภูมิเวกเตอร์

ผลลัพธ์ที่สำคัญเกี่ยวกับมิติได้มาจากทฤษฎีบทอันดับ-มิติว่างสำหรับแผนที่เชิงเส้น

ถ้าเอฟ/เค{\displaystyle F/K}เป็นการขยายฟิลด์ดังนั้นเอฟ{\displaystyle F}โดยเฉพาะอย่างยิ่งคือปริมาณเวกเตอร์เหนือเค.{\displaystyle K.}นอกจากนี้ ทุกๆเอฟ{\displaystyle F}-ปริภูมิเวกเตอร์วี{\displaystyle V}ก็เป็นเช่นกันเค{\displaystyle K}-ปริภูมิเวกเตอร์ มิติต่างๆ สัมพันธ์กันด้วยสูตร มืดเค(วี)=มืดเค(เอฟ)มืดเอฟ(วี).{\displaystyle \dim _{K}(V)=\dim _{K}(F)\dim _{F}(V)} โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อนทุกปริภูมิที่มีมิติn{\displaystyle n}เป็นปริภูมิเวกเตอร์จริงที่มีมิติ2n.{\displaystyle 2n.}

สูตรบางสูตรเชื่อมโยงมิติของปริภูมิเวกเตอร์กับจำนวนสมาชิกของฟิลด์ฐานและจำนวนสมาชิกของปริภูมิเวกเตอร์เอง ถ้าวี{\displaystyle V}เป็นปริมาณเวกเตอร์เหนือฟิลด์เอฟ{\displaystyle F}และถ้าขนาดของวี{\displaystyle V}ถูกกำหนดโดยมืดวี,{\displaystyle \dim V,}แล้ว:

ถ้ามืดวี{\displaystyle V}ถ้ามีค่าจำกัด|วี|=|เอฟ|มืดวี.{\displaystyle |V|=|F|^{\dim V}.}
ถ้ามืดวี{\displaystyle V}ดังนั้นมันจึงเป็นอนันต์|วี|=สูงสุด(|เอฟ|,มืดวี).{\displaystyle |V|=\max(|F|,\dim V)}

การสรุปโดยทั่วไป

ปริมาณเวกเตอร์สามารถมองได้ว่าเป็นกรณีเฉพาะของเมทริกซ์และในเมทริกซ์นั้นมีแนวคิดเรื่องมิติที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนความยาวของโมดูลและอันดับของกลุ่มอาเบเลียนต่างก็มีคุณสมบัติหลายอย่างที่คล้ายคลึงกับมิติของปริมาณเวกเตอร์

มิติครัลล์ของวงแหวน สลับ ที่ ซึ่งตั้งชื่อตามโวล์ฟกัง ครัลล์ (ค.ศ. 1899 1971) ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนสูงสุดของการรวมอย่างเข้มงวดในลำดับที่เพิ่มขึ้นของอุดมคติเฉพาะในวงแหวน

ติดตาม

มิติของปริภูมิเวกเตอร์อาจถูกกำหนดลักษณะได้อีกแบบหนึ่งโดยพิจารณาจากร่องรอยของตัวดำเนินการเอกลักษณ์ตัวอย่างเช่น tr รหัสอาร์2=tr(1001)=1+1=2.{\displaystyle \operatorname {tr} \ \operatorname {id} _{\mathbb {R} ^{2}}=\operatorname {tr} \left({\begin{smallmatrix}1&0\\0&1\end{smallmatrix}}\right)=1+1=2.} ดูเหมือนว่านี่จะเป็นคำจำกัดความแบบวนลูปแต่ก็ช่วยให้สามารถสรุปเป็นหลักการทั่วไปที่มีประโยชน์ได้

ประการแรก มันช่วยให้สามารถกำหนดแนวคิดเรื่องมิติได้เมื่อเรามีร่องรอยแต่ไม่มีความรู้สึกพื้นฐานตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น เราอาจมีพีชคณิตเอ{\displaystyle A}พร้อมแผนที่η:เคเอ{\displaystyle \eta :K\to A}(การรวมสเกลาร์ ซึ่งเรียกว่าหน่วย ) และแผนที่ϵ:เอเค{\displaystyle \epsilon :A\to K}(สอดคล้องกับร่องรอย เรียกว่าหน่วยย่อย ) องค์ประกอบϵη:เคเค{\displaystyle \epsilon \circ \eta :K\to K}เป็นสเกลาร์ (ซึ่งเป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นบนปริภูมิ 1 มิติ) สอดคล้องกับ "ร่องรอยของเอกลักษณ์" และให้แนวคิดเกี่ยวกับมิติสำหรับพีชคณิตนามธรรม ในทางปฏิบัติ ในไบอัลจีบราแผนที่นี้จำเป็นต้องเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งสามารถหาได้โดยการทำให้โคยูนิตเป็นมาตรฐานโดยการหารด้วยมิติ (ϵ:=1ntr{\displaystyle \epsilon :=\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 ดังนั้นจึงเป็นฟังก์ชันค่าสเกลาร์บนกลุ่มχ:จีเค,{\displaystyle \chi :G\to K,}ซึ่งคุณค่าที่มีต่ออัตลักษณ์1จี{\displaystyle 1\in G}มิติของการแสดงผลนั้น หมายถึง การแสดงผลจะส่งค่าเอกลักษณ์ในกลุ่มไปยังเมทริกซ์เอกลักษณ์:χ(1จี)=tr ฉันวี=มืดวี.{\displaystyle \chi (1_{G})=\ชื่อผู้ดำเนินการ {tr} \ I_{V}=\dim V.}ค่าอื่นๆχ(จี){\displaystyle \chi (g)}ลักษณะของตัวละครสามารถมองได้ว่าเป็นมิติที่ "บิดเบี้ยว" และสามารถหาความคล้ายคลึงหรือการสรุปทั่วไปของข้อความเกี่ยวกับมิติไปสู่ข้อความเกี่ยวกับตัวละครหรือการแสดงออก ตัวอย่างที่ซับซ้อนของเรื่องนี้เกิดขึ้นในทฤษฎีของเหล้าเถื่อนที่น่ากลัว :เจ{\displaystyle j}-invariantคือมิติเกรดของการแสดงเกรดมิติอนันต์ของกลุ่มมอนสเตอร์และการแทนที่มิติด้วยอักขระจะให้ชุด McKay–Thompsonสำหรับแต่ละองค์ประกอบของกลุ่มมอนสเตอร์[ 3 ]

ดูเพิ่มเติม

  • มิติแฟรกทัล– จำนวนจริงของมิติเชิงพื้นที่ 
  • มิติครัลล์– ในทางคณิตศาสตร์ หมายถึง มิติของวงแหวน 
  • ระดับ Matroid – ขนาดสูงสุดของเซตอิสระของ Matroid 
  • อันดับ (พีชคณิตเชิงเส้น) – มิติของปริภูมิคอลัมน์ของเมทริกซ์ 
  • มิติเชิงทอพอโลยี– นิยามของมิติของปริภูมิที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามทอพอโลยีหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทางหรือที่เรียกว่ามิติการครอบคลุมของเลเบส 

หมายเหตุ

แหล่งที่มา

  • การบรรยายเรื่องพีชคณิตเชิงเส้นของ MIT ในหัวข้อความเป็นอิสระ ฐาน และมิติ โดย Gilbert Strangที่ MIT OpenCourseWare
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dimension_(vector_space)&oldid=1361749718 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ มิติ (ปริภูมิเวกเตอร์)

ในทางคณิตศาสตร์มิติของปริภูมิเวกเตอร์Vคือจำนวนสมาชิก (กล่าวคือ จำนวนเวกเตอร์) ของฐานของVเหนือฟิลด์ฐาน บางครั้งเรียกว่ามิติฮาเมล (ตั้งชื่อตามเกออร์ก ฮาเมล ) หรือมิติพีชคณิต...

ตัวอย่าง

ปริภูมิเวกเตอร์ อาร์ 3 {\displaystyle \mathbb {R} ^{3}} มี { ( 1 0 0 ) , ( 0 1 0 ) , ( 0 0 1 ) } {\displaystyle \left\{{\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}0\\1\\0\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}}\right\}} เป็น...

คุณสมบัติ

ถ้า ว {\displaystyle W} เป็น ปริภูมิย่อยเชิงเส้น ของ วี {\displaystyle V} , แล้ว มืด ⁡ ( ว ) ≤ มืด ⁡ ( วี ) . {\displaystyle \dim(W)\leq \dim(V)}

การสรุปโดยทั่วไป

ปริมาณเวกเตอร์สามารถมองได้ว่าเป็นกรณีเฉพาะของ เมทริกซ์ และในเมทริกซ์นั้นมีแนวคิดเรื่องมิติที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ความยาวของโมดูล และ อันดับของกลุ่มอาเบเลียน ต่างก็มีคุณสมบัติหลายอย่างที่คล้ายคลึงกับมิติของปริมาณเวกเตอร์