线性型

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又称线性函数或线性齐式,是域F上的线性空间V到域F上的一个线性映射。如果ƒ是从VF的映射,对V的向量尣、yF的元素αb满足ƒ(α尣+by=αƒ(尣)+bƒ(y),那么ƒ就称为V上的线性型或线性映射。若e1e2,…,enV 的一组基,则V 的每一个向量尣 都可表成,式中xiF中,i=1,2,…,n。因此对于V上的线性型ƒ或记成 ,式中记ƒ(ej)=αji=1,2,…,n。若x 视为V 中的变元,则x1x2,…,xn就可看作取值于F 的变元。因此,在基{e1e2,…,en}之下,线性型ƒ就是Fn个变元的线性齐次函数。当V的基取定时,ƒ就由Fn的一个n元向量(α1α2,…,αn)惟一确定。 V上的线性型全体按通常的函数加法与纯量乘法构成F上的一个线性空间,且与Fn同构。

如果V1V2都是F上的线性空间,V1V2笛卡儿积,从V1×V2F的映射φ,对于V1的向量尣,尣1,尣2V2 的向量yy1y2F的元素α1α2b1b2,满足

那么φ称为V1V2上(或V1×V2上)的双线性型,或双线性函数或双线性齐式或双线性映射。若e1e2,…,emƒ1ƒ2,…,ƒn分别为V1V2的基,,则式中F中,由此可知,φ由矩阵A惟一确定,且可视为F上的两组变元x1x2,…,xmy1y2,…,yn的双线性齐次函数。在V1V2的基都选定时,V1×V2上的双线性型全体按通常的函数加法与纯量乘法组成一个F上的mn维线性空间,且与Fm×n同构。当V1V2的基都改变时,V1×V2上的双线性型φ对应的矩阵,就变成由相应的演化矩阵惟一确定的等价矩阵。例如,这里pQ分别为F上的m阶和n阶方阵,由坐标变换公式:

可得

因此,B=pAQT,式中j=1,2,…,m;k=1,2,…,n。对于V1V2的任意基,φ所对应的矩阵有相同的秩,这个公共的秩称为 φ的秩,记为rankφ。当rankφ=r时,φ的标准形式(即在V1V2的某基下φ的最简单形式)为

,   (1)

此即表明,对两组旧变元x1x2,…,xmy1y2,…,yn,总可经满秩的线性变换,使φ对两组新变元x媹,x崉,…,x怬与y媹,y崉,…,y怽取(1)的形式。

V1=V2=V时,若双线性型φ对于V的任意向量尣、yφ(尣,y)=φ(y,尣),则φ称为对称双线性型;若有φ(尣,y)=-φ(y,尣),则φ称为反对称双线性型。当V的基取定时,对称双线性型所对应的矩阵 A必为对称矩阵;反对称双线性型所对应的矩阵必为反对称矩阵。当V的基改变时,对称双线性型对应的矩阵A变为它的合同矩阵B=pApT,因此,可用对称矩阵的性质全面地描述对称双线性型的标准型等性质。例如,F=实数 R,于是,每个实对称双线性型在正交变换(即 p为正交矩阵)下都可化为实正交标准型

式中λ1λ2,…,λrφ在任意基下对应的矩阵A的全体非零特征值。在复数域 C上,若只要求线性变换为满秩的,则它的标准型如 (1)所示。反对称双线性型可用反对称矩阵的性质描述和研究。

F上的k个线性空间 V1V2,…,Vk的笛卡儿积,按通常的向量加法和纯量乘法成为 F上的一个线性空间,若,若对j=1,2,…,k满足

式中尣lVl,l=1,2,…,k;尣徾∈VjαbF, 则φ称为V1×V2×…×Vk上的k重线性型或k重线性映射。当k≥3时统称为多重线性型。

F上的线性空间V的全体线性型,按通常的函数加法与纯量乘法,是F上的一个线性空间,记为V*V*称为V的对偶空间,又称为V的关联空间或共轭空间。可以证明,当diтV是有限时,则diтV=diтV*。因此,VV*。这一结果在diт V是无限时不再成立。如果V的基{ej}与V*的基 式中δjk为克罗内克符号,那么这两组基底称为对偶基。用对偶基来描述线性型是很简单的。

若在域F上的k个线性空间V1V2,…,Vk中,一些线性空间是另一些线性空间的对偶空间,则可引入混合张量的概念(见多重线性代数)。线性型已成为线性代数的一个重要内容。