Skip to content

线性组合与张成

Linear combination and span

有限标量加权和及由给定向量生成的最小子空间。

条目类型
定义

形式陈述

V 为域 F 上的向量空间。向量 v1,,vmV 的线性组合是

a1v1++amvm,aiF.

对任意子集 SV,其张成定义为所有来自 S 的有限线性组合:

spanS={i=1maivi:m0, aiF, viS}.

空和为 0,故 span={0}spanS 是包含 S 的最小子空间。

直觉

线性组合允许从有限多个给定方向按任意标量加权后相加,张成则收集所有可能的这种组合,是给定集合在“线性运算”下的闭包。换句话说,它是包含该集合的最小子空间:任何包含这些向量的子空间,都必须连同所有线性组合一起包含。限制为有限和十分关键,即使生成集合无限,代数张成也不自动加入极限。

例子与边界

R3 中,(1,0,0)(0,1,0) 张成 xy 平面。即使 S 是无限集,每个具体线性组合仍只使用有限多个元素;允许真正的无穷和需要拓扑和收敛结构,不能由纯代数张成定义替代。在多项式空间 P2(R) 中取

p1=1+x,p2=x+x2.

任意线性组合为

ap1+bp2=a+(a+b)x+bx2,

所以一个多项式 c0+c1x+c2x2 属于它们的张成,当且仅当 c1=c0+c2。例如1+2x+x2 在其中,而 x 不在其中。这个计算也展示了“属于张成”本质上是一组关于系数的线性方程;生成元数目为二并不自动保证它们线性无关,若把 p2 换成 2p1,张成会退化为一维。

推论与应用

判断一个向量是否位于张成中等价于求解线性方程组,算法上可用行化简完成。线性无关排除表示冗余,与张成合起来定义 ;移除冗余生成向量便可得到更小的生成集。张成还用于构造 线性子空间与矩阵列空间;Krylov 子空间则是从一个向量出发,把 A 反复作用所得的 r0,Ar0, 纳入同一张成空间。

参考资料
  • Sheldon Axler, Linear Algebra Done Right, 4th ed., Springer, 2024,§1B。
  • Michael Artin, Algebra, 2nd ed., Pearson, 2011,Ch. 3。
关系图谱27 个相邻概念 · 1 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组