半線性映射

半線性映射(semi-linear mapping)是線性映射概念的推廣。 線性映射亦稱同態或線性同態。線性代數的中心內容和基本概念之一。 線性空間亦稱向量空間。它是線性代數的中心內容和基本概念之一。

概念

半線性映射是線性映射概念的推廣。設V與V′分別是域P與P′上的線性空間,ρ為P與P′的同構,若V與V′的映射φ滿足條件:

1.對任意α,β∈V有φ(α+β)=φ(α)+φ(β);

2.對任意α∈V,a∈P有φ(aα)=aφ(α);

則稱φ為關於ρ的半線性映射,其中a表示ρ(a)。當V=V′,P=P′時,φ稱為半線性變換。當P=P′且ρ是恆等同構時,φ就是線性映射。

線性映射

線性映射亦稱同態或線性同態。線性代數的中心內容和基本概念之一。是同一域上兩個線性空間V與W之間具有線性性質的映射,即V到W的映射φ,若對任意α,β∈V,k∈P,滿足條件:

1.φ(α+β)=φ(α)+φ(β);

2.φ(kα)=kφ(α);

則稱φ為V到W的線性映射,或稱為線性運算元。把V中每一元素映射成W中零元素的映射是線性映射,稱為零映射。若φ是雙射,則稱φ為V與W的線性同構,同時稱φ為線性空間的同構映射。建立了線性同構的兩個線性空間,稱為同構的線性空間。當W=P時,V到P的線性映射也稱為線性函式。

域P上線性空間V到W的全體線性映射的集合,記為Hom(V,W)。在Hom(V,W)中可以引入加法與純量乘法,若對任意的φ,ψ∈Hom(V,W),任意α∈V,k∈P,規定:

φ+ψ: (φ+ψ)(α)=φ(α)+ψ(α),

kφ: (kφ)(α)=kφ(α),

則Hom(V,W)構成域P上的線性空間。

線性空間

線性空間亦稱向量空間。它是線性代數的中心內容和基本概念之一。設V是一個非空集合,P是一個域。若:

1.在V中定義了一種運算,稱為加法,即對V中任意兩個元素α與β都按某一法則對應於V內惟一確定的一個元素α+β,稱為α與β的和。

2.在P與V的元素間定義了一種運算,稱為純量乘法(亦稱數量乘法),即對V中任意元素α和P中任意元素k,都按某一法則對應V內惟一確定的一個元素kα,稱為k與α的積。

3.加法與純量乘法滿足以下條件:

1) α+β=β+α,對任意α,β∈V.

2) α+(β+γ)=(α+β)+γ,對任意α,β,γ∈V.

3) 存在一個元素0∈V,對一切α∈V有α+0=α,元素0稱為V的零元.

4) 對任一α∈V,都存在β∈V使α+β=0,β稱為α的負元素,記為-α.

5) 對P中單位元1,有1α=α(α∈V).

6) 對任意k,l∈P,α∈V有(kl)α=k(lα).

7) 對任意k,l∈P,α∈V有(k+l)α=kα+lα.

8) 對任意k∈P,α,β∈V有k(α+β)=kα+kβ,

則稱V為域P上的一個線性空間,或向量空間。V中元素稱為向量,V的零元稱為零向量,P稱為線性空間的基域.當P是實數域時,V稱為實線性空間。當P是複數域時,V稱為複線性空間。例如,若V為三維幾何空間中全體向量(有向線段)構成的集合,P為實數域R,則V關於向量加法(即平行四邊形法則)和數與向量的乘法構成實數域R上的線性空間。又如,若V為數域P上全體m×n矩陣組成的集合M(P),V的加法與純量乘法分別為矩陣的加法和數與矩陣的乘法,則M(P)是數域P上的線性空間。V中向量就是m×n矩陣。再如,域P上所有n元向量(a,a,…,a)構成的集合P對於加法:(a,a,…,a)+(b,b,…,b)=(a+b,a+b,…,a+b)與純量乘法:λ(a,a,…,a)=(λa,λa,…,λa)構成域P上的線性空間,稱為域P上n元向量空間。

同構

兩個數學系統(例如兩個代數系統),當它們的元素及各自所定義的運算一一對應,並且運算結果也保持一一對應,則稱這兩個系統同構,記為≌。它們對於所定義的運算,具有相同的結構。例如,十進制數與二進制數是同構的。

建立同構關係的映射,稱為同構映射。例如,當映射為一一映射,並且對應元素關於運算保持對應時,就是同構映射。

同構是數學中最重要的概念之一。在很多情況,一個難題往往可以化成另一個同構的、似乎與它不相關的、已經解決的問題,從而使原問題方便地得到解決。雖然數學發展得越來越複雜,但利用同構概念,不僅使數學得到簡化,而且使數學變得越來越統一。表面上似乎不同,但本質上等價的結果,可以用統一的形式表達出來。例如,如果四色定理得到了證明,其他數學分支中與它同構的幾十個假設,也同時得到了證明。

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