【徹底解説】ベクトル空間の定義

本記事は数学の徹底解説シリーズに含まれます。

初学者の分かりやすさを優先するため,多少正確でない表現が混在することがあります。もし致命的な間違いがあればご指摘いただけると助かります。

目次

ベクトル空間

空でない集合Vが以下の公理を満たすとき,Vをベクトル空間という。

  • 加法の公理
    • u+v=v+u
    • (u+v)+w=u+(v+w)
    • Vの中に0で表される1つの元があって,Vの任意の元vに対してv+0=vが成り立つ
    • Vの任意の元vに対して,v+v=0となるようなVの元vが存在する
  • スカラー倍の公理
    • c(u+v)=cu+cv
    • (c1+c2)v=c1v+c2v
    • (c1c2)v=c1(c2v)
    • 1v=v

ただし,u,v,wVの任意の元,c1,c2,c3は任意の実数である。

ベクトル空間は線型空間とも呼ばれます。

補足

加法の公理とは,ベクトル空間上の任意の元の対(u,v)に対してu+vで表されるVの一つの元を対応付けることを指します。同様に,スカラー倍の公理とは,ベクトル空間上の任意の元vと任意の実数cに対してcuで表されるVの一つの元を対応付けることを指します。これらを言い換えると,ベクトル空間V上の任意の元u,vの和u+vはベクトル空間Vに属し,ベクトル空間V上の任意の元uと任意の実数cのスカラー倍cuはベクトル空間Vに属することになります。

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