基 (线性代数) Basis (linear algebra)




在线性代数中,基(也称为基底)是描述、刻画矢量空间的基本工具。矢量空间的基是它的一个特殊的子集,基的元素称为基矢量。矢量空间中任意一个元素,都可以唯一地表示成基矢量的线性组合。如果基中元素个数有限,就称矢量空间为有限维矢量空间,将元素的个数称作矢量空间的维数。
使用基底可以便利地描述矢量空间。比如说,考察从一个矢量空间射出的线性变换
,可以查看这个变换作用在矢量空间的一组基
上的效果。掌握了
,就等于掌握了
对
中任意元素的效果。
不是所有空间都拥有由有限个元素构成的基底。这样的空间称为无限维空间。某些无限维空间上可以定义由无限个元素构成的基。如果承认选择公理,那幺可以证明任何矢量空间都拥有一组基。一个矢量空间的基不止一组,但同一个空间的两组不同的基,它们的元素个数或势(当元素个数是无限的时候)是相等的。一组基里面的任意一部分矢量都是线性无关的;反之,如果矢量空间拥有一组基,那幺在矢量空间中取一组线性无关的矢量,一定能将它扩充为一组基。在内积矢量空间中,可以定义正交的概念。通过特别的方法,可以将任意的一组基变换成正交基乃至标准正交基。