กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 18 นาที

การฉายภาพ (พีชคณิตเชิงเส้น)

ใน พีชคณิตเชิงเส้น และ การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน การ ฉายภาพ คือ การแปลงเชิงเส้น จาก ปริภูมิเวกเตอร์ ไปยังตัวมันเอง (เอน โดมอร์ฟิซึม ) โดยที่นั่นคือ...

การฉายภาพ (พีชคณิตเชิงเส้น)

การแปลงPคือการฉายภาพเชิงตั้งฉากลงบนเส้นตรงm

ในพีชคณิตเชิงเส้นและการวิเคราะห์เชิงฟังก์ชันการฉายภาพคือการแปลงเชิงเส้น จากปริภูมิเวกเตอร์ไปยังตัวมันเอง (เอนโดมอร์ฟิซึม ) โดยที่นั่นคือ เมื่อใดก็ตามที่ใช้สองครั้งกับเวกเตอร์ใดๆ จะให้ผลลัพธ์เหมือนกับการใช้เพียงครั้งเดียว (กล่าวคือ เป็นตัวผกผัน ) มันจะไม่เปลี่ยนแปลงภาพ ของเวกเตอร์ [ 1 ]คำจำกัดความของ "การฉายภาพ" นี้เป็นการทำให้เป็นทางการและขยายแนวคิดของการฉายภาพกราฟิกเรายังสามารถพิจารณาผลของการฉายภาพบนวัตถุทางเรขาคณิตได้โดยการตรวจสอบผลของการฉายภาพบนจุดต่างๆในวัตถุ

คำจำกัดความ

การฉายภาพบนปริภูมิเวกเตอร์คือตัวดำเนินการเชิงเส้นซึ่งมีคุณสมบัติว่า.

เมื่อปริภูมิมีผลคูณภายในและสมบูรณ์ กล่าว คือเมื่อเป็นปริภูมิฮิลเบิร์ต เราสามารถใช้แนวคิดเรื่องความเป็นตั้งฉากได้ การฉายภาพ บนปริภูมิฮิลเบิร์ตเรียกว่าการฉายภาพตั้งฉากถ้ามันสอดคล้องกับเงื่อนไขสำหรับทุกค่าการฉายภาพบนปริภูมิฮิลเบิร์ตที่ไม่ตั้งฉากเรียกว่าการฉายภาพเฉียง

เมทริกซ์การฉายภาพ

  • เมทริกซ์จัตุรัส เรียกว่าเมทริกซ์ฉายภาพถ้ามันเท่ากับกำลังสองของมัน กล่าวคือ ถ้า[ 2 ] :หน้า 38
  • เมทริกซ์จัตุรัสเรียกว่าเมทริกซ์ฉายภาพเชิงตั้งฉากถ้าสำหรับเมทริกซ์จริงและสำหรับ เมทริกซ์ เชิงซ้อน ตามลำดับ โดยที่แทนทรานสโพสของและ แทน ทรานสโพสแอดจอยต์หรือ เฮอ ร์ มิเชียน ของ[ 2 ] : หน้า 223
  • เมทริกซ์การฉายภาพที่ไม่ใช่เมทริกซ์การฉายภาพเชิงตั้งฉาก เรียกว่าเมทริกซ์การฉายภาพเชิงเฉียง

ค่าไอเกนของเมทริกซ์การฉายภาพต้องเป็น 0 หรือ 1 เท่านั้น

ตัวอย่าง

การฉายภาพเชิงตั้งฉาก

ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันที่แปลงจุดในปริภูมิสามมิติไปยังจุดนั้นคือการฉายภาพเชิงตั้งฉากลงบน ระนาบ xyฟังก์ชันนี้แสดงด้วยเมทริกซ์

การกระทำของเมทริกซ์นี้ต่อเวกเตอร์ ใดๆ คือ

เพื่อให้เห็นว่าเป็นการฉายภาพจริง ๆ กล่าวคือเราจึงคำนวณ

จากการสังเกตพบว่า การฉายภาพนั้นเป็นการฉายภาพแบบตั้งฉาก

การฉายภาพเฉียง

ตัวอย่างง่ายๆ ของการฉายภาพแบบไม่ตั้งฉาก (เฉียง) คือ

จากการคูณเมทริกซ์ทำให้เห็นว่า เป็นการฉายภาพอย่างแท้จริง

การฉายภาพจะเป็นแบบตั้งฉากก็ต่อเมื่อ เพราะเฉพาะในกรณีนั้นเท่านั้น

คุณสมบัติและการจำแนกประเภท

การแปลงTคือการฉายภาพตามแนวkไปยังmช่วงของTคือmและเคอร์เนลคือk

ภาวะเสื่อมสมรรถภาพทางเพศ

ตามนิยามแล้ว การฉายภาพ (projection) นั้นเป็นแบบไม่เปลี่ยนแปลงสถานะ (idempotent ) (เช่น)

เปิดแผนที่

การฉายภาพแต่ละครั้งเป็นการแมปแบบเปิดไปยังภาพของมัน ซึ่งหมายความว่ามันจะแมปเซตเปิดแต่ละเซตในโดเมนไปยังเซตเปิดในโทโพโลยีของปริภูมิย่อยของภาพกล่าวคือ สำหรับเวกเตอร์ใดๆและลูกบอลใดๆ(ที่มีรัศมีเป็นบวก) ที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จะมีลูกบอล(ที่มีรัศมีเป็นบวก) ที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ซึ่งบรรจุอยู่ในภาพทั้งหมด

ความสมบูรณ์ของภาพและแก่น

ให้เป็นปริภูมิเวกเตอร์มิติจำกัด และเป็นการฉายภาพบน สมมติ ว่าปริภูมิย่อยและเป็นภาพและเคอร์เนลของตามลำดับ แล้วจะมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

  1. คือตัวดำเนินการเอกลักษณ์ บน:
  2. เรามีผลรวมโดยตรง เวกเตอร์ทุกตัวสามารถแยกส่วนได้อย่างไม่ซ้ำกัน โดยที่และและ โดยที่

ภาพและเคอร์เนลของการฉายภาพเป็นส่วนเติมเต็มเช่นเดียวกับและตัวดำเนินการก็เป็นการฉายภาพเช่นกัน เนื่องจากภาพและเคอร์เนลของจะกลายเป็นเคอร์เนลและภาพของและในทางกลับกัน เรากล่าวว่าเป็นการฉายภาพตามไปยัง(เคอร์เนล/ภาพ) และเป็นการฉายภาพตามไป ยัง

สเปกตรัม

ในปริภูมิเวกเตอร์มิติอนันต์สเปกตรัมของการฉายภาพจะบรรจุอยู่ในโดยที่ ค่าลักษณะเฉพาะของการฉายภาพ จะมีเพียง 0 หรือ 1 เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าการฉายภาพเชิงตั้งฉากจะเป็น เมทริกซ์กึ่งบวกเสมอโดยทั่วไปแล้วปริภูมิลักษณะ เฉพาะที่สอดคล้องกัน จะเป็น (ตามลำดับ) เคอร์เนลและเรนจ์ของการฉายภาพ การแยกปริภูมิเวกเตอร์ออกเป็นผลรวมโดยตรงนั้นไม่เป็นเอกลักษณ์ ดังนั้น เมื่อกำหนดปริภูมิย่อยอาจมีหลายการฉายภาพที่มีเรนจ์ (หรือเคอร์เนล) เป็น

ถ้าการฉายภาพไม่ใช่การฉายภาพแบบธรรมดา มันจะมีพหุนามขั้นต่ำ ซึ่งสามารถแยกตัวประกอบได้เป็นตัวประกอบเชิงเส้นที่แตกต่างกัน และดังนั้นจึงสามารถทำให้เป็น แนวทแยง ได้

ผลิตภัณฑ์จากการคาดการณ์

โดยทั่วไปแล้ว ผลคูณของโปรเจกชันจะไม่ใช่โปรเจกชัน แม้ว่าโปรเจกชันเหล่านั้นจะตั้งฉากกันก็ตาม ถ้าโปรเจกชันสองตัวสลับที่กันได้ ผลคูณของโปรเจกชันทั้งสองจะเป็นโปรเจกชัน แต่ในทางกลับกันนั้นไม่จริง กล่าวคือ ผลคูณของโปรเจกชันสองตัวที่ไม่สลับที่กันได้ อาจจะเป็นหรือไม่เป็นโปรเจกชันก็ได้

ถ้าการฉายภาพเชิงตั้งฉากสองแบบสลับที่ได้กัน ผลคูณของการฉายภาพเชิงตั้งฉากทั้งสองนั้นก็จะเป็นการฉายภาพเชิงตั้งฉากเช่นกัน และถ้าผลคูณของการฉายภาพเชิงตั้งฉากสองแบบเป็นการฉายภาพเชิงตั้งฉาก การฉายภาพเชิงตั้งฉากทั้งสองนั้นก็จะสลับที่ได้กัน (โดยทั่วไปแล้ว เอนโดมอร์ฟิซึมแบบสมมาตรสองตัวจะสลับที่ได้กันก็ต่อเมื่อผลคูณของเอนโดมอร์ฟิซึมแบบสมมาตรสองตัวนั้น)

การฉายภาพเชิงตั้งฉาก

การฉายภาพเชิงตั้งฉากของเวกเตอร์ b ลงบนระนาบย่อยสองมิติที่เกิดจากเวกเตอร์ a₁ และ a₂ โดยส่วนที่เหลือจะตั้งฉากกับระนาบนั้น

เมื่อปริภูมิเวกเตอร์มีผลคูณภายในและสมบูรณ์ (เป็นปริภูมิฮิลเบิร์ต ) แนวคิดเรื่องความเป็นตั้งฉากสามารถนำมาใช้ได้การฉายภาพเชิงตั้งฉากคือการฉายภาพที่เรนจ์และเคอร์เนลเป็นปริภูมิย่อยเชิงตั้งฉากดังนั้น สำหรับทุกและใน, หรือเทียบเท่ากับ:

การฉายภาพจะตั้งฉากได้ก็ต่อเมื่อมันสมมาตรในตัวเอง เท่านั้น โดยใช้คุณสมบัติสมมาตรในตัวเองและเอกลักษณ์ของสำหรับทุก ๆและในเรามี, , และ โดยที่คือผลคูณภายในที่เกี่ยวข้องกับดังนั้นและเป็นการฉายภาพตั้งฉาก[ 3 ]ทิศทางอื่น กล่าวคือ ถ้าตั้งฉากได้ แล้วมันจะสมมาตรในตัวเอง เป็นผลมาจากการบ่งชี้จากไปยัง สำหรับ ทุก ๆและในดังนั้น

การมีอยู่ของการฉายภาพเชิงตั้งฉากบนปริภูมิย่อยปิดเป็นผลมาจากทฤษฎีบทการฉายภาพของฮิลเบิร์

คุณสมบัติและกรณีพิเศษ

การฉายภาพเชิงตั้งฉากเป็นตัว ดำเนินการที่มีขอบเขตเนื่องจากสำหรับทุก ๆในปริภูมิเวกเตอร์ เรามีตามอสมการโคชี-ชวาร์ซว่า : ดังนั้น

สำหรับปริภูมิเวกเตอร์เชิงซ้อนหรือเชิงจริงที่มีมิติจำกัดสามารถใช้ผลคูณภายในมาตรฐาน แทน ได้

สูตร

กรณีง่ายๆ เกิดขึ้นเมื่อการฉายภาพเชิงตั้งฉากอยู่บนเส้นตรง ถ้าเป็นเวกเตอร์หน่วยบนเส้นตรง การฉายภาพจะได้รับจากผลคูณภายนอก (ถ้าเป็นค่าเชิงซ้อน ทรานสโพสในสมการข้างต้นจะถูกแทนที่ด้วยทรานสโพสเฮอร์มิเชียน) ตัวดำเนินการนี้ทำให้uไม่เปลี่ยนแปลง และทำลายเวกเตอร์ทั้งหมดที่ตั้งฉากกับซึ่งพิสูจน์ได้ว่าเป็นการฉายภาพเชิงตั้งฉากบนเส้นตรงที่มี u อยู่จริง[ 4 ]วิธีง่ายๆในการมองเห็นสิ่งนี้คือการพิจารณาเวกเตอร์ใดๆเป็นผลรวมของส่วนประกอบบนเส้นตรง (เช่น เวกเตอร์ที่ฉายภาพที่เรากำลังมองหา) และอีกส่วนประกอบหนึ่งที่ตั้งฉากกับมันเมื่อใช้การฉายภาพ เราจะได้ จากคุณสมบัติของผลคูณดอทของเวกเตอร์ขนานและตั้งฉาก

สูตรนี้สามารถขยายไปสู่การฉายภาพเชิงตั้งฉากบนปริภูมิย่อยที่มีมิติ ใดๆ ก็ได้ ให้เป็นฐานเชิงตั้งฉากปกติของปริภูมิย่อยโดยสมมติว่าจำนวนเต็มและให้แทนเมทริกซ์ที่มีคอลัมน์เป็นนั่นคือแล้วการฉายภาพจะกำหนดโดย: [ 5 ] ซึ่งสามารถเขียนใหม่ได้เป็น

เมทริกซ์คือไอโซเมตรีบางส่วนที่หายไปบนส่วนเติมเต็มเชิงตั้งฉากของและเป็นไอโซเมตรีที่ฝังตัวอยู่ ในปริภูมิเวกเตอร์พื้นฐาน ดังนั้นช่วงของ จึงเป็น ปริภูมิสุดท้ายของนอกจากนี้ยังเห็นได้ชัดว่าคือตัวดำเนินการเอกลักษณ์บน

เงื่อนไขความเป็นออร์โทนอร์มอลสามารถละทิ้งได้เช่นกัน ถ้า เป็น ฐาน (ไม่จำเป็นต้องเป็นออร์โทนอร์มอล) ที่มีและเป็นเมทริกซ์ที่มีเวกเตอร์เหล่านี้เป็นคอลัมน์ การฉายภาพจะเป็นดังนี้: [ 6 ] [ 7 ]

เมทริกซ์ยังคงฝังตัวอยู่ในปริภูมิเวกเตอร์พื้นฐาน แต่ไม่ใช่ไอโซเมตรีโดยทั่วไปอีกต่อไป เมทริกซ์เป็น "ตัวประกอบการทำให้เป็นมาตรฐาน" ที่กู้คืนค่ามาตรฐาน ตัวอย่างเช่น ตัวดำเนินการ อันดับ -1 ไม่ใช่การฉายภาพหากหลังจากหารด้วยเราจะได้การฉายภาพไปยังปริภูมิย่อยที่เกิดจาก

โดยทั่วไปแล้ว เราสามารถมีเมทริกซ์บวกกำหนด ใดๆ ที่กำหนดผลคูณภายในได้และการฉายภาพจะกำหนดโดย จากนั้น

เมื่อปริภูมิช่วงของการฉายภาพถูกสร้างขึ้นโดยเฟรม (กล่าวคือ จำนวนตัวสร้างมากกว่ามิติของมัน) สูตรสำหรับการฉายภาพจะมีรูปแบบดังนี้: โดยที่หมายถึงผกผันเทียมของมัวร์-เพนโรสนี่เป็นเพียงหนึ่งในหลายวิธีในการสร้างตัวดำเนินการฉายภาพ

ถ้าเป็นเมทริกซ์ที่ไม่เอกฐานและ(กล่าวคือเป็น เมทริกซ์ ช่องว่างว่างของ) [ 8 ]ข้อต่อไปนี้เป็นจริง:

หากเงื่อนไขเชิงตั้งฉากได้รับการปรับปรุงให้เป็นแบบไม่เอกฐาน จะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

สูตรทั้งหมดนี้ใช้ได้กับปริภูมิผลคูณภายในที่ซับซ้อนเช่นกัน โดยมีเงื่อนไขว่า ต้องใช้ การสลับตำแหน่งแบบสังยุคแทนการสลับตำแหน่ง รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลรวมของโปรเจคเตอร์สามารถพบได้ใน Banerjee และ Roy (2014) [ 9 ]ดู Banerjee (2004) [ 10 ]สำหรับการประยุกต์ใช้ผลรวมของโปรเจคเตอร์ในตรีโกณมิติ ทรงกลม พื้นฐาน

การฉายภาพเฉียง

บางครั้ง คำว่าการฉายภาพเฉียง (oblique projections)ถูกใช้เพื่ออ้างถึงการฉายภาพที่ไม่ตั้งฉาก การฉายภาพเหล่านี้ยังใช้เพื่อแสดงรูปทรงเชิงพื้นที่ในภาพวาดสองมิติ (ดูการฉายภาพเฉียง ) แม้ว่าจะไม่บ่อยเท่าการฉายภาพตั้งฉากก็ตาม ในขณะที่การคำนวณค่าที่ได้จากการถดถอยกำลังสองน้อยที่สุดแบบธรรมดาต้องใช้การฉายภาพตั้งฉาก การคำนวณค่าที่ได้จากการถดถอยตัวแปรเครื่องมือ (instrumental variables regression)ต้องใช้การฉายภาพเฉียง

การฉายภาพถูกกำหนดโดยเคอร์เนลและเวกเตอร์ฐานที่ใช้ในการกำหนดช่วง (ซึ่งเป็นส่วนเติมเต็มของเคอร์เนล) เมื่อเวกเตอร์ฐานเหล่านี้ตั้งฉากกับเคอร์เนล การฉายภาพนั้นจะเป็นการฉายภาพตั้งฉาก เมื่อเวกเตอร์ฐานเหล่านี้ไม่ตั้งฉากกับเคอร์เนล การฉายภาพนั้นจะเป็นการฉายภาพเฉียง หรือเรียกง่ายๆ ว่าการฉายภาพ

สูตรการแสดงผลแบบเมทริกซ์สำหรับตัวดำเนินการฉายภาพที่ไม่เป็นศูนย์

ให้เป็นตัวดำเนินการเชิงเส้น โดยที่และสมมติว่าไม่ใช่ตัวดำเนินการศูนย์ ให้เวกเตอร์เป็นฐานสำหรับช่วงของและประกอบเวกเตอร์เหล่านี้ในเมทริกซ์แล้วมิฉะนั้นและเป็นตัวดำเนินการศูนย์ ช่วงและเคอร์เนลเป็นปริภูมิเสริมกัน ดังนั้นเคอร์เนลจึงมีมิติ ดังนั้นส่วนเติมเต็มเชิงตั้งฉากของเคอร์เนลจึง มีมิติ ให้เป็นฐานสำหรับส่วนเติมเต็มเชิงตั้งฉากของเคอร์เนลของการฉายภาพ และประกอบเวกเตอร์เหล่านี้ในเมทริกซ์แล้วการฉายภาพ(โดยมีเงื่อนไข) จะกำหนดโดย

นิพจน์นี้เป็นการขยายสูตรสำหรับการฉายภาพเชิงตั้งฉากที่ให้ไว้ข้างต้น[ 11 ] [ 12 ]การพิสูจน์มาตรฐานของนิพจน์นี้มีดังต่อไปนี้ สำหรับเวกเตอร์ใดๆในปริภูมิเวกเตอร์เราสามารถแยกส่วนโดยที่เวกเตอร์อยู่ในภาพของและเวกเตอร์ดังนั้นและจากนั้นอยู่ในเคอร์เนลของซึ่งเป็นปริภูมิว่างของกล่าวอีกนัยหนึ่ง เวกเตอร์อยู่ในปริภูมิคอลัมน์ของดังนั้นสำหรับเวกเตอร์มิติ บางตัว และเวกเตอร์เป็นไปตามเงื่อนไขโดยการสร้างของนำเงื่อนไขเหล่านี้มารวมกัน เราจะพบเวกเตอร์เพื่อให้ เนื่องจากเมทริกซ์และมีอันดับเต็มโดยการสร้างเมทริกซ์ - สามารถผกผันได้ ดังนั้นสมการ จึง ให้เวกเตอร์ด้วยวิธีนี้สำหรับเวกเตอร์ใดๆและดังนั้น

ในกรณีที่เป็นการฉายภาพเชิงตั้งฉาก เราสามารถใช้และจะได้ว่าโดยใช้สูตรนี้ เราสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่าโดยทั่วไป ถ้าปริมาณเวกเตอร์อยู่เหนือฟิลด์จำนวนเชิงซ้อน เราจะใช้การสลับเปลี่ยนแบบเฮอร์มิเชียนและได้สูตร โปรดจำไว้ว่าเราสามารถแสดงผกผันแบบมัวร์-เพนโรสของเมทริกซ์ได้ด้วยเนื่องจากมีอันดับคอลัมน์เต็มดังนั้น

ค่าเอกลักษณ์

นอกจากนี้ยังเป็นการฉายภาพเฉียงด้วย ค่าเอกลักษณ์ของและสามารถคำนวณได้โดยใช้ฐานเชิงตั้งฉากของให้ เป็นฐานเชิงตั้งฉากของและให้เป็นส่วนเติมเต็มเชิงตั้งฉากของแทนค่าเอกลักษณ์ของเมทริกซ์ ด้วยค่าบวกด้วยเหตุนี้ ค่าเอกลักษณ์สำหรับคือ: [ 13 ] และค่าเอกลักษณ์สำหรับคือ ซึ่งหมายความว่าค่าเอกลักษณ์ที่ใหญ่ที่สุดของและมีค่าเท่ากัน ดังนั้นค่ามาตรฐานของเมทริกซ์ของการฉายภาพเฉียงจึงเท่ากัน อย่างไรก็ตามเลขเงื่อนไขเป็นไปตามความสัมพันธ์และจึงไม่จำเป็นต้องเท่ากัน

การหาการฉายภาพด้วยผลคูณภายใน

การฉายภาพเชิงตั้งฉากของเวกเตอร์ลงบนปริภูมิย่อยที่เกิดจากเวกเตอร์เชิงตั้งฉากปกติ โดยแสดงเป็นผลรวมของส่วนประกอบของเวกเตอร์ในแต่ละทิศทาง

ให้เป็นปริมาณเวกเตอร์ (ในกรณีนี้คือระนาบ) ที่เกิดจากการรวมกันโดยเวกเตอร์ตั้งฉากให้เป็นเวกเตอร์ เราสามารถกำหนดการฉายภาพของไปยังได้เป็น โดย ที่ดัชนีที่ซ้ำกันจะถูกบวกเข้าด้วยกัน ( สัญกรณ์ผลรวมของไอน์สไตน์ ) เวกเตอร์สามารถเขียนได้เป็นผลรวมตั้งฉาก โดยที่บางครั้งจะใช้สัญลักษณ์ แทนด้วยมีทฤษฎีบทในพีชคณิตเชิงเส้นที่กล่าวว่า นี่คือระยะทางที่สั้นที่สุด ( ระยะทางตั้งฉาก ) จากไปยังและมักใช้ในสาขาต่างๆ เช่น การเรียนรู้ ของ เครื่อง

yกำลังถูกฉายลงบนปริภูมิเวกเตอร์V

รูปแบบมาตรฐาน

การฉายภาพใดๆบนปริภูมิเวกเตอร์ที่มีมิติเหนือฟิลด์จะเป็นเมทริกซ์ที่สามารถทำให้เป็นเมทริกซ์ทแยงมุมได้เนื่องจากพหุนามขั้นต่ำ ของมันหารลงตัว ซึ่งแยกออกเป็นตัวประกอบเชิงเส้นที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีฐานอยู่ซึ่งมีรูปแบบ

โดยที่อันดับของคือเมทริกซ์เอกลักษณ์ขนาดคือเมทริกซ์ศูนย์ขนาดและคือ ตัวดำเนินการ ผลรวมโดยตรงถ้าปริภูมิเวกเตอร์เป็นเชิงซ้อนและมีผลคูณภายในแล้วจะมี ฐาน ออร์โทนอร์มอลซึ่งเมทริกซ์ของPคือ[ 14 ]

โดยที่. จำนวนเต็มและจำนวนจริงถูกกำหนดอย่างไม่ซ้ำกัน . ตัวประกอบสอดคล้องกับปริภูมิย่อยไม่แปรเปลี่ยนสูงสุดที่ทำหน้าที่เป็นการ ฉายภาพ เชิงตั้งฉาก (ดังนั้นPเองจะเป็นเชิงตั้งฉากก็ต่อเมื่อ) และบล็อก สอดคล้องกับส่วนประกอบ เฉียง

การฉายภาพบนปริภูมิเวกเตอร์มาตรฐาน

เมื่อปริภูมิเวกเตอร์พื้นฐาน เป็น ปริภูมิเวกเตอร์แบบมีบรรทัดฐาน (ไม่จำเป็นต้องมีมิติจำกัด) จะต้องพิจารณาคำถามเชิงวิเคราะห์ ซึ่งไม่เกี่ยวข้องในกรณีมิติจำกัด สมมติว่าตอนนี้เป็นปริภูมิบานาค

ผลลัพธ์ทางพีชคณิตหลายอย่างที่กล่าวถึงข้างต้นยังคงใช้ได้ในบริบทนี้ การแยกส่วนผลรวมโดยตรงของออกเป็นปริภูมิย่อยที่เสริมกันยังคงระบุการฉายภาพ และในทางกลับกัน ถ้าเป็นผลรวมโดยตรงแล้วตัวดำเนินการที่กำหนดโดยยังคงเป็นการฉายภาพที่มีช่วงและเคอร์เนลนอกจากนี้ยังเห็นได้ชัดว่า ในทางกลับกัน ถ้าเป็นการฉายภาพบนนั่นคือแล้วสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายว่า กล่าวอีกนัยหนึ่งก็เป็นการฉายภาพเช่นกัน ความสัมพันธ์บ่งชี้ว่าและเป็นผลรวมโดยตรง

อย่างไรก็ตาม ในทางตรงกันข้ามกับกรณีมิติจำกัด การฉายภาพไม่จำเป็นต้องต่อเนื่องเสมอไป หากปริภูมิย่อยของไม่ปิดในโทโพโลยีของนอร์ม การฉายภาพไปยังจะไม่ต่อเนื่อง กล่าวอีกนัยหนึ่ง พิสัยของการฉายภาพที่ต่อเนื่องจะต้องเป็นปริภูมิย่อยปิด ยิ่งไปกว่านั้น เคอร์เนลของการฉายภาพที่ต่อเนื่อง (อันที่จริง ตัวดำเนินการเชิงเส้นต่อเนื่องโดยทั่วไป) จะปิด ดังนั้นการฉายภาพที่ต่อเนื่องจะให้การแยกส่วนของ ออก เป็น ปริภูมิย่อยปิดสองปริภูมิที่เสริมกัน:

บทกลับก็เป็นจริงเช่นกัน โดยมีข้อสมมติเพิ่มเติม สมมติว่าเป็นปริภูมิย่อยปิดของถ้ามีปริภูมิย่อยปิดอยู่ซึ่งX = UVแล้วการฉายภาพที่มีพิสัยและเคอร์เนลจะต่อเนื่อง ซึ่งเป็นผลมาจากทฤษฎีบทกราฟปิดสมมติว่าx nxและPx nyจำเป็นต้องแสดงว่าเนื่องจากเป็นปริภูมิปิดและ{ Px n } ⊂ Uดังนั้นyอยู่ใน นั่นคือPy = yนอกจากนี้x nPx n = ( IP ) x nxyเนื่องจากเป็นปริภูมิปิดและ{( IP ) x n } ⊂ Vเราจึงมีนั่นคือซึ่งพิสูจน์ข้อกล่าวอ้าง

ข้อโต้แย้งข้างต้นใช้สมมติฐานที่ว่าทั้งและเป็นปริภูมิปิด โดยทั่วไปแล้ว เมื่อกำหนดปริภูมิย่อยปิดอาจไม่จำเป็นต้องมีปริภูมิย่อยปิดที่เติมเต็มแม้ว่าสำหรับปริภูมิฮิลเบิร์ตจะสามารถทำได้เสมอโดยการหาปริภูมิเติมเต็มเชิงตั้งฉากสำหรับปริภูมิบานาค ปริภูมิย่อยหนึ่งมิติจะมีปริภูมิย่อยเติมเต็มที่เป็นปริภูมิปิดเสมอ นี่เป็นผลโดยตรงจากทฤษฎีบทฮาห์น-บานาคให้เป็นปริภูมิเชิงเส้นที่แผ่ ขยายจาก ตามทฤษฎีบท ฮาห์น-บานาค จะมีฟังก์ชันเชิงเส้น ที่มีขอบเขต เช่นนั้นφ ( u ) = 1ตัวดำเนินการ เป็นไปตามเงื่อนไข นั่นคือ เป็นการ ฉายภาพ การมีขอบเขตของบ่งบอกถึงความต่อเนื่องของและดังนั้น จึง เป็นปริภูมิย่อยเติมเต็มที่เป็น ปริภูมิ ปิดของ

การสมัครและการพิจารณาเพิ่มเติม

การฉายภาพ (ทั้งแบบตั้งฉากและแบบอื่นๆ) มีบทบาทสำคัญในอัลกอริธึมสำหรับปัญหาพีชคณิตเชิงเส้นบางประเภท:

ดังที่กล่าวมาข้างต้น การฉายภาพเป็นกรณีพิเศษของตัวผกผันเอกลักษณ์ ในทางวิเคราะห์ การฉายภาพเชิงตั้งฉากเป็นการวางนัยทั่วไปแบบไม่สลับที่ของฟังก์ชันลักษณะเฉพาะ ตัวผกผันเอกลักษณ์ถูกใช้ในการจำแนกประเภท เช่นพีชคณิตกึ่งง่ายในขณะที่ทฤษฎีการวัดเริ่มต้นด้วยการพิจารณาฟังก์ชันลักษณะเฉพาะของเซตที่วัดได้ดังนั้น ดังที่คาดเดาได้ การฉายภาพจึงพบได้บ่อยมากในบริบทของพีชคณิตตัวดำเนินการโดยเฉพาะอย่างยิ่งพีชคณิตฟอนนอยมันน์ถูกสร้างขึ้นโดยแลตทิซ ที่สมบูรณ์ ของการฉายภาพ

การสรุปโดยทั่วไป

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อกำหนดแผนที่ระหว่างปริภูมิเวกเตอร์ที่มีบรรทัดฐานเราสามารถขอให้แผนที่นี้เป็นไอโซเมตรีบนส่วนเติมเต็มเชิงตั้งฉากของเคอร์เนลได้ในทำนองเดียวกัน กล่าวคือต้องเป็นไอโซเมตรี (เปรียบเทียบกับไอโซเมตรีบางส่วน ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเป็นแบบทั่วถึงกรณีของการฉายภาพเชิงตั้งฉากคือเมื่อWเป็นปริภูมิย่อยของVในเรขาคณิตแบบรีมันน์สิ่งนี้ถูกนำไปใช้ในนิยามของการแทรกแบบรีมันน์

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. ^เมเยอร์, ​​หน้า 386+387
  2. ^ a b Horn, Roger A.; Johnson, Charles R. (2013). การวิเคราะห์เมทริกซ์ ฉบับพิมพ์ครั้งที่สองสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ISBN 9780521839402.
  3. ^เมเยอร์, ​​หน้า 433
  4. ^เมเยอร์, ​​หน้า 431
  5. ^เมเยอร์ สมการ (5.13.4)
  6. ^ Banerjee, Sudipto; Roy, Anindya (2014), พีชคณิตเชิงเส้นและการวิเคราะห์เมทริกซ์สำหรับสถิติ , ตำราวิทยาศาสตร์สถิติ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1), Chapman and Hall/CRC, ISBN 978-1420095388
  7. ^เมเยอร์ สมการ (5.13.3)
  8. ^ดูเพิ่มเติมที่วิธีการกำลังสองน้อยที่สุดเชิงเส้น (คณิตศาสตร์) § คุณสมบัติของตัวประมาณค่ากำลังสองน้อยที่สุด
  9. ^ Banerjee, Sudipto; Roy, Anindya (2014), พีชคณิตเชิงเส้นและการวิเคราะห์เมทริกซ์สำหรับสถิติ , ตำราวิทยาศาสตร์สถิติ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1), Chapman and Hall/CRC, ISBN 978-1420095388
  10. ^ Banerjee, Sudipto (2004), "การทบทวนตรีโกณมิติเชิงทรงกลมด้วยโปรเจคเตอร์เชิงตั้งฉาก", วารสารคณิตศาสตร์วิทยาลัย , 35 (5): 375– 381, doi : 10.1080/07468342.2004.11922099 , S2CID 122277398 
  11. ^ Banerjee, Sudipto; Roy, Anindya (2014), พีชคณิตเชิงเส้นและการวิเคราะห์เมทริกซ์สำหรับสถิติ , ตำราวิทยาศาสตร์สถิติ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1), Chapman and Hall/CRC, ISBN 978-1420095388
  12. ^เมเยอร์, ​​สมการ (7.10.39)
  13. ^ Brust, JJ; Marcia, RF; Petra, CG (2020), "การแยกส่วนเมทริกซ์การฉายภาพเฉียงที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณ", SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications , 41 (2): 852– 870, doi : 10.1137/19M1288115 , OSTI 1680061 , S2CID 219921214  
  14. โดโควิช, ดี. Ž. (สิงหาคม 2534). "ความคล้ายคลึงกันของโปรเจ็กเตอร์" สมการคณิตศาสตร์ . 42 (1): 220– 224. ดอย : 10.1007/BF01818492 . S2CID 122704926 . 
  • วิดีโอการบรรยายเรื่องเมทริกซ์การฉายภาพในวิชาพีชคณิตเชิงเส้นของ MITบน YouTubeจาก MIT OpenCourseWare
  • พีชคณิตเชิงเส้น 15d: การแปลงเชิงฉายภาพ (Projection Transformation)บน YouTubeโดย Pavel Grinfeld
  • บทช่วยสอนเกี่ยวกับการฉายภาพเชิงเรขาคณิตบนระนาบ – บทช่วยสอนที่เข้าใจง่ายซึ่งอธิบายถึงประเภทต่างๆ ของการฉายภาพเชิงเรขาคณิตบนระนาบ
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Projection_(linear_algebra)&oldid=1354597494 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การฉายภาพ (พีชคณิตเชิงเส้น)

ใน พีชคณิตเชิงเส้น และ การวิเคราะห์เชิงฟังก์ชัน การ ฉายภาพ คือ การแปลงเชิงเส้น จาก ปริภูมิเวกเตอร์ ไปยังตัวมันเอง (เอน โดมอร์ฟิซึม ) โดยที่นั่นคือ...

คำจำกัดความ

การ ฉายภาพ บนปริภูมิเวกเตอร์คือตัวดำเนินการเชิงเส้นซึ่งมีคุณสมบัติว่า. วี {\displaystyle V} พี : วี → วี {\displaystyle P\โคลอน V\ถึง V} พี 2 = พี {\displaystyle P^{2}=P}

เมทริกซ์การฉายภาพ

ค่า ไอเกน ของเมทริกซ์การฉายภาพต้องเป็น 0 หรือ 1 เท่านั้น

การฉายภาพเชิงตั้งฉาก

ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันที่แปลงจุดในปริภูมิสามมิติไปยังจุดนั้นคือการฉายภาพเชิงตั้งฉากลงบน ระนาบ xy ฟังก์ชันนี้แสดงด้วยเมทริกซ์ ( x , y , z ) {\displaystyle (x,y,z)} อาร์ 3 {\displaystyle \mathbb {R} ^{3}} ( x , y , 0 ) {\displaystyle (x,y,0)} พี = [ 1 0 0 0 1 0...