実線形空間・実ベクトル空間の定義 : トピック一覧

定義:実線形空間・実ベクトル空間(ベクトル,係数体,スカラー,加法・和,零ベクトル,逆ベクトル,スカラー倍)
定理:零ベクトルのスカラー倍/ベクトルのスカラー0倍/逆ベクトルとスカラー積 

実ベクトル空間関連:部分ベクトル空間/一次結合/線形従属・線形独立/基底/次元
一次写像関連:一次写像−定義/一次写像と演算/一次写像の代数系/一次写像と線形独立/同型写像/同型写像と線形独立  
実ベクトル空間の上位概念:体上の線形空間・ベクトル空間   
実ベクトル空間の下位概念:n次元数ベクトル空間    

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定義:実線形空間 real linear space ・ 実ベクトル空間 real vector space


【舞台設定】

 R実数体(実数をすべて集めた集合

【本題】

 ・実線形空間real linear spaceないし実ベクトル空間real vector spaceとは、 
  として実数体Rを指定した際の「上の線形空間・ベクトル空間」のこと。

 ・具体的に言うと、実線形空間実ベクトル空間とは、
  以下の条件を満たす集合Vのこと。
  なお、実ベクトル空間Vのベクトルvectorと呼ぶ。
  これに対して、実数実数体R)をスカラーscalar
        実数体Rを「Vの係数体field of scalars基礎体basic field,ground field」、
        と呼ぶ。

条件T-1. Vは、加法""の定義された代数系であること。
     つまり、
任意u,vVに対して、それに対応するuvVが一つずつ定まること。
      なお、この
Vに定められた加法""ベクトルの加法uvベクトル和という。 
条件T-2. Vは、上記の"ベクトルの加法"に関して加法群(加法に関する可換群)をなすこと。
     
つまり、
     
-1. 上記の加法が、「結合則:( u,v,wV ) ( ( uv )w = u( vw ) )」を満たすこと。
     
-2. 上記加法に「単位元( vV ) ( 0+v = v かつ v+0= v )を満たすV」が存在すること。
        この
V上の加法の単位元零ベクトルと呼ぶ。 
             →
零ベクトルのスカラー倍の性質、    
     
-3. Vのすべてのvに対して、上記の"ベクトルの加法"に関する逆元vVが存在すること。
        この
V上の加法に関する、vの逆元−vvの逆ベクトルと呼ぶ。      
     
-4. 上記の加法が、「可換則:( u,vV ) (uv =vu )」を満たすこと。 
条件U-1. 任意実数(実数体R)aと、V任意vの組に対して、Vを一意的に定める演算が
     定義されていること。
     この演算を
スカラー倍scalar multiple・スカラー乗法・スカラー積scalar multiplicationと呼び、
     
avないしavで表す。
条件U-2. スカラー積が次の4条件を満たすこと。 
     
-1. 任意vVに対して、1v=v  
                 ※左辺の
"1"実数体R上で定義された乗法の単位元を指す。 
     
-2. 結合則:
       
任意実数a,bR と、任意vVに対して、(ab)v=a(bv)     
     
-3. ベクトルに関する分配則:
       
任意実数aR と、任意u,vVに対して、a(uv)=auav  
                 ※両辺の
""V上の加法(→条件I-1)を指す。 
     
-4. スカラーに関する分配則: 
       
任意実数a,bR と、任意vVに対して、(a+b)v=avbv  
        ※左辺の
"+"実数体R上で定義された加法、右辺の""V上の加法(→条件I-1)を指す。 
以上を満たすスカラー倍の性質:零ベクトルのスカラー倍ベクトルのスカラー0倍
実ベクトル空間の例:
      [斎藤『線形代数入門』4章§2(p.97);ホフマン『線形代数学I』2.1(pp.28-34);志賀『線形代数30講』14(pp.88-90); 佐武『線形代数学』V§6(p.116);]
  ・n次元数ベクトル空間  
  ・実数を係数とする1変数多項式の全体  
  ・実数上のある区間で定義された連続実関数全体の集合  
  ・実数上のある区間で定義された連続実関数全体の集合

【文献】

 ・岩波数学辞典』210線形空間:A定義(pp.570-576);
 ・斎藤『線形代数入門』4章§2線形空間(p.96);
 ・ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間(pp.28-34);
 ・永田『理系のための線形代数の基礎』1.3(pp.14-6);
 ・佐武『線形代数学』V§6(p.115);
 ・志賀『線形代数30講』13講(pp.85-7);14講(pp.88-90);
 ・藤原『線形代数』4.1(p.91);
 ・神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.1(p.105);
 ・杉浦『解析入門I』I章§4命題4.1(p.34);
 ・松坂『集合・位相入門』§5-A(pp.275-6) 


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定義:ベクトル vector  

 実ベクトル空間Vののことを、ベクトルvectorとよぶ。

※「はじめにベクトル空間が定義されていて、そのうえで、ベクトル空間をベクトルと呼ぶ」のであって、
 「はじめにベクトルが定義されていて、それをあつめたものをベクトル空間と呼ぶ」のではない。  

【文献】

 『岩波数学辞典』210線形空間:A定義(pp.570-576);
 斎藤『線形代数入門』4章§2線形空間(p.96);
 ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間(pp.28-34);
 永田『理系のための線形代数の基礎』1.3(pp.14-6);
 佐武『線形代数学』V§6(p.115);
 志賀『線形代数30講』13講(pp.85-7);14講(pp.88-90);
 藤原『線形代数』4.1(p.91);
 神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.1(p.105)

定義:係数体 field of scalars 基礎体 basic field,ground field


 実ベクトル空間Vにたいして、
 実数体Rのことを、
 「実ベクトル空間Vの係数体field of scalars」「実ベクトル空間Vの基礎体basic field,ground field
 という。

【文献】

 『岩波数学辞典』210線形空間:A定義(pp.570-576);
 斎藤『線形代数入門』4章§2線形空間(p.96);
 ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間(pp.28-34);
 永田『理系のための線形代数の基礎』1.3(pp.14-6);
 佐武『線形代数学』V§6(p.115);
 志賀『線形代数30講』13講(pp.85-7);14講(pp.88-90);
 藤原『線形代数』4.1(p.91);
 神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.1(p.105) 

定義:スカラー scalar

 
 実ベクトル空間Vにたいして、実数実数体Rの)をスカラーscalarと呼ぶ。
 →スカラー乗法 


【文献】
 ・『岩波数学辞典』210線形空間:A定義(pp.570-576);
 ・斎藤『線形代数入門』4章§2線形空間(p.96)
 ・ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間(pp.28-34)
 ・永田『理系のための線形代数の基礎』1.3(pp.14-6)
 ・佐武『線形代数学』V§6(p.115)
 ・志賀『線形代数30講』13講(pp.85-7);14講(pp.88-90)
 ・藤原『線形代数』4.1(p.91)
 ・神谷浦井『経済学のための数学入門』§3.1(p.105)



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定理:零ベクトルのスカラー倍


【舞台設定】

R実数体(実数をすべて集めた集合)  
V:実ベクトル空間 
:V上の零ベクトル。  
aスカラー。つまり、a実数。(aR) 

【本題】

零ベクトルスカラー倍は、すべて、零ベクトル
つまり、任意実数aRにたいして、a 

【証明】

 [ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間:式2-8 (p.31);]
零ベクトルの定義:v = v より、 = (1)
スカラー乗法の分配則:a(uv)=auav …(2)
aa() ∵(1) 
   =
aa ∵(2)  
 よって、
aaa   …(3)  
実ベクトル空間では、すべてのベクトルに逆ベクトルが存在するから、
 
a(−a=  …(4)
 を満たす、a逆ベクトルaが存在する。
 
(3)の両辺に−aを足し合わせると、
  
aaaaa 
よって、
(4)より、
  
a  

【文献】
 ・ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間:式2-8 (p.31);
 ・酒井『環と体の理論』1.6問題1.14(p.22)

定理:ベクトルのスカラー0倍 

 0v  ∵スカラー乗法の分配則より。 

 【文献】
 ・ホフマン『線形代数学I』2.1ベクトル空間:式2-9 (p.31);
 ・永田『理系のための線形代数の基礎』1.3(p.16)
 ・志賀『線形代数30講』13講(p.86)
 ・酒井『環と体の理論』1.6問題1.14(p.22)

定理:逆ベクトルとスカラー積 


【舞台設定】

R実数体(実数をすべて集めた集合)  
V:実ベクトル空間 

【本題】

実数"−1"(実数体Rの乗法の単位元加法に関する逆元)と、ベクトルとのスカラー積は、
そのベクトル逆ベクトルに等しい。  
すなわち、
任意vVにたいして、 (−1)vv  
 
【文献】

 ・酒井『環と体の理論』1.6問題1.14(p.22)


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(reference)

 日本数学会編集『岩波数学辞典(第三版)』 岩波書店、1985年、項目210線形空間(pp.570-576)

【線形代数のテキスト】

 ホフマン・クンツェ『線形代数学I』培風館、1976年、2.1ベクトル空間(pp.28-34)。
 永田雅宜『理系のための線形代数の基礎』紀伊国屋書店、1986年、1.3ベクトル空間(pp.14-6)。
 佐武一郎『線形代数学(第44版)』裳華房、1987年、Vベクトル空間§6ベクトル空間の公理化(p.115)。
 砂田利一『現代数学への入門:行列と行列式』2003年、§5.1-b(p.155).
 志賀浩二『数学30講シリーズ:線形代数30講』朝倉書店、1988年、13講ベクトル空間へ(pp.85-7);14講ベクトル空間の例と基本概念(pp.88-90)。
 藤原毅夫『理工系の基礎数学2:線形代数』岩波書店、1996年、4.1線形空間と写像(p.91)。
 斎藤正彦『線形代数入門』東京大学出版会、1966年、第4章§2線形空間(p.96):実線形空間・複素線形空間のみ;附録V§2体(p.249)。

【代数学のテキスト】

 本部均『新しい数学へのアプローチ5:新しい代数』共立出版、1969年、5.2-Aベクトル空間(p.132)。
 酒井文雄『共立講座21世紀の数学8:環と体の理論』共立出版、1997年、1.6ベクトル空間(p.22)。

【数理経済学のテキスト】

 神谷和也・浦井憲『経済学のための数学入門』東京大学出版会、1996年、§3.1ベクトル空間とは何か(p.105)。
 解析学のテキスト
 杉浦光夫『解析入門I』東京大学出版会、1987年、I章§4(pp.33-38)。
 位相空間・距離空間についてのテキスト
 松坂和夫『集合・位相入門』岩波書店、1968年、§5ノルム空間、Banach空間(pp.275-288)。