2.1.6 向量空间 - 图1维向量的集合2.1.6 向量空间 - 图2,如果在其上定义了加法运算和数乘运算,且对两种运算封闭,即运算结果仍属于此集合,则称2.1.6 向量空间 - 图3为向量空间,也称线性空间。对于任意的向量2.1.6 向量空间 - 图4,都有
    2.1.6 向量空间 - 图5
    则集合2.1.6 向量空间 - 图6为向量空间。根据线性组合的定义,向量空间中任意向量的线性组合仍然属于此空间。
    向量空间的极大线性无关组称为空间的基,基所包含的向量数称为空间的维数。
    如果基向量2.1.6 向量空间 - 图7相互正交
    2.1.6 向量空间 - 图8
    则称为正交基。如果向量基向量相互正交且长度均为1
    2.1.6 向量空间 - 图9
    则称为标准正交基。
    给定一组线性无关的向量,可以根据它们构造出标准正交基,采用的方法是格拉姆-施密特正交化。给定一组非0且线性无关的向量2.1.6 向量空间 - 图10,格拉姆-施密特正交化先构造出一组正交基2.1.6 向量空间 - 图11,然后将这组正交基进行标准化2.1.6 向量空间 - 图12。首先选择向量2.1.6 向量空间 - 图13做为第一个正交基,令
    2.1.6 向量空间 - 图14
    然后加入2.1.6 向量空间 - 图15,构造2.1.6 向量空间 - 图162.1.6 向量空间 - 图17的线性组合,使得它与2.1.6 向量空间 - 图18正交
    2.1.6 向量空间 - 图19
    由于2.1.6 向量空间 - 图202.1.6 向量空间 - 图21正交,因此有
    2.1.6 向量空间 - 图22
    解得
    2.1.6 向量空间 - 图23
    接下来加入2.1.6 向量空间 - 图24,构造出2.1.6 向量空间 - 图25,是2.1.6 向量空间 - 图262.1.6 向量空间 - 图27的线性组合,使得它与2.1.6 向量空间 - 图282.1.6 向量空间 - 图29均正交
    2.1.6 向量空间 - 图30
    由于2.1.6 向量空间 - 图312.1.6 向量空间 - 图32正交,因此有
    2.1.6 向量空间 - 图33
    2.1.6 向量空间 - 图342.1.6 向量空间 - 图35正交,2.1.6 向量空间 - 图36,因此可以解得
    2.1.6 向量空间 - 图37%22%20aria-hidden%3D%22true%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-3B1%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(640%2C-150)%22%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-33%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-31%22%20x%3D%22500%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-3D%22%20x%3D%221726%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(2504%2C0)%22%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(397%2C0)%22%3E%0A%3Crect%20stroke%3D%22none%22%20width%3D%222317%22%20height%3D%2260%22%20x%3D%220%22%20y%3D%22220%22%3E%3C%2Frect%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(60%2C842)%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-78%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-54%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22488%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-33%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22-434%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(1170%2C0)%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-75%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-31%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22-213%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(60%2C-844)%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-75%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-54%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22488%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-31%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22-435%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3Cg%20transform%3D%22translate(1170%2C0)%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-75%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%20%3Cuse%20transform%3D%22scale(0.707)%22%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMAIN-31%22%20x%3D%22809%22%20y%3D%22-213%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fsvg%3E#card=math&code=%5Calpha%7B31%7D%3D%20%5Cfrac%7Bx_3%5ETu_1%7D%7Bu_1%5ETu_1%7D&id=BxxCn)
    同理可得
    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/f2695914cd1c5944d255c0fc9dbca2ba.svg#card=math&code=%5Calpha
    %7B32%7D%3D%20%5Cfrac%7Bx3%5ETu_2%7D%7Bu_2%5ETu_2%7D&id=nBRPL)
    以此类推,在加入2.1.6 向量空间 - 图38时构造下面的线性组合
    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/b84294d375953a145a9695c3c78646be.svg#card=math&code=u_k%3Dx_k%20-%20%5Csum%20
    %7Bi%3D1%7D%5E%7Bk-1%7D%20%5Calpha%7Bki%7Du_i%20%5Cquad%20%5Cquad%20%282.9%29&id=id34D)
    由于它与2.1.6 向量空间 - 图39均正交,因此
    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/6329d1321026d3b0018fdaa564d53c5d.svg#card=math&code=%28x_k-%5Csum%20
    %7Bi%3D1%7D%5E%7Bk-1%7D%20%5Calpha%7Bki%7Du%7Bi%7D%29%5ETuj%3D0%2Cj%3D1%2C%5Cdots%2Ck-1&id=H6a7c)
    2.1.6 向量空间 - 图402.1.6 向量空间 - 图41,2.1.6 向量空间 - 图42 均正交,从而解得
    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/9a0d78cc68971a76b9c8dce3f9041795.svg#card=math&code=%5Calpha
    %7Bki%7D%3D%20%5Cfrac%7Bx_k%5ETu_i%7D%7Bu_i%5ETu_i%7D%20%5Cquad%20%5Cquad%20%282.10%29&id=ZQxRH)