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线性无关

Linear independence

只有全零系数能产生零向量的向量组。

条目类型
定义

形式陈述

向量族 (vi)iI 线性无关,若对任意有限子集 JI 与标量 (aj)jJ

jJajvj=0jJ, aj=0.

若存在非全零的有限系数关系得到零向量,则线性相关。有限向量组 v1,,vm 无关,等价于每个 vk 都不在其余向量的张成中。

直觉

线性无关表示没有一个方向能由其他方向线性合成,因此表示坐标时不会产生冗余。相关关系就是一份“不同组合得到同一结果”的证据。线性无关意味着没有一个向量能由其余向量线性解释,也意味着零向量只有平凡表示。它衡量生成信息是否含冗余,而不是向量之间是否几何正交;正交非零组必无关,但无关组可以夹角很小。无关性依赖底域,扩域后可能出现新的系数关系。

例子与边界

标准向量 e1,,enFn 中线性无关。任何含零向量的非空向量组都相关,因为 10=0 给出非平凡关系;空族则按定义线性无关。两个非零向量相关,当且仅当其中一个是另一个的标量倍数。在 R3 中,e1,e2,e1+e2 相关,因为 e1+e2(e1+e2)=0e1,e2,e3 无关。把实数 1,i 看作 R 上的向量时它们无关,但在 C 上相关,因为 i11i=0

推论与应用

线性无关控制表示唯一性:若一族同时张成空间且线性无关,每个向量有唯一有限坐标。交换引理说明有限生成空间中,独立组大小不超过任一生成组大小,从而奠定维数定义。线性无关组可延拓为,张成集则可抽取出基。矩阵列无关等价于相应线性映射单射,并可通过行化简检验;浮点数据中“几乎相关”没有纯代数阈值,SVD按奇异值与给定容差组织数值秩,不能反过来改写本页的精确无关性。若只保留哪些列子集无关,就得到可表示拟阵

参考资料
  • Sheldon Axler, Linear Algebra Done Right, 4th ed., Springer, 2024,§2A。
  • Michael Artin, Algebra, 2nd ed., Pearson, 2011,Ch. 3。
关系图谱20 个相邻概念 · 2 类关系

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