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벡터 공간

A vector space over a field F is a non-empty set V together with a binary operation call a vector addition and a binary function call a scalar multiplication that satisfy the axioms listed below. In this context, the elements of V are commonly called vectors, and the elements of F are called scalars.

Axioms

For every u, v and w in V, and a and b in F, the following axioms must be satisfied:

  • Associativity of vector addition: u+(v+w)=(u+v)+w.
  • Commutativity of vector addition: u+v=v+u.
  • Identity element of vector addition: There exists an element 0V, called the zero vector u+0=u for all vV.
  • Inverse element of vector addition: There exists an element vV, called the additive inverse of v, such that v+(v)=0.
  • Compatibility of scalar multiplication with field multiplication: a(bv)=(ab)v (This axiom is not an associative property, since it refers to two different operations, scalar multiplication and field multiplication.)
  • Identity element of scalar multiplication: 1v=v, where 1 denotes multiplicative identity in F.
  • Distributivity of scalar multiplication with respect to vector addition: a(u+v)=au+uv
  • Distributivity of scalar multiplication with respect to field addition: (a+b)v=av+bv

Abstract Vector Space

보통은 필드 F에 대한 벡터 VFn 으로 정의하기 때문에(예: V=R2,F=R) V에 속하는 모든 v에 대하여, 각 v를 구성하는 컴포넌트들은 항상 F에 속한다. 하지만 위의 8개 공리에 의한 정의에 따르면 꼭 그럴 필요는 없다.

예:

  • F=R
  • V is the set of all countinous real-valued function defined on the interval [0, 1].

위 정의에서 V에 속한 각 벡터는 함수이고 이 경우, 예를 들어 결합 법칙 (f+g)(x)=f(x)+g(f)와 같이 성립한다. 다만 “벡터 v를 구성하는 컴포넌트”라는 개념은 함수에 대해서는 존재하지 않기 때문에 v를 구성하는 원소가 항상 F에 속한다는 식으로 말할 수 없다.

참고: 3blue1brown.com/lessons/abstract-vector-spaces

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