第二章 内积空间 习题
答案
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1、设
是数域
上线性空间
的基,在
中定义
,其中
,
,验证是否为酉空间。
解 V是酉空间。
2、设
中的两组基为
按某种规定定义了内积,且
求(1)内积在基
下的度量矩阵
;
(2)内积在基
下的度量矩阵
。
解 (1)内积在基
下的度量矩阵
。
(2)内积在基
下的度量矩阵
。
3、设
,求
的
标准
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正交基。
解
的标准正交基
;
。
4、设欧氏空间
的内积为
,
为
的标准正交基,求内积
在基
下的矩阵。
解
。
5、欧氏空间
的线性变换
称为对称(反对称)变换,如果
,
,(
)证明
在标准正交基下的矩阵为对称阵(反对称阵)。
6、设
,求
的子空间
的标准正交基,并求
。
解
。标准正交基为:
;
。
令
,则
,
,即
,解得
,
,从而
。
7、若
,求齐次线性方程组
的解空间
的正交补空间。
解 :
的一组基
。
设
,则
,解得
,
,所以
。
8、设
是次数不大于3的实数域上的多项式空间,定义内积
,两个子空间
,
证明
与
互为正交补。
9、若
是酉(欧氏)空间
的子空间,则(1)
;
(2)
。
10、设
,证明
(1)
;
(2)
;
(3)
11、设
是酉空间
的变换,如果
,均有
,证明
是酉空间
的酉变换。
证明
,有
所以
。而
,也可证
,所以
是线性变换,因此是酉空间
的酉变换。
12、已知
为
到
的正交投影,
,证明
为
到
的正交投影。
13、设
为幂等阵(即
),证明
(1)
为幂等阵且与
可交换;
(2)
;
(3)
的特征值为0或1;
(4)
;
(5)
.
14、(1)对
,
,故
不满足齐次性,不是实数空间R中的范数。
(2)
是范数。
(3)
是范数。
(4)
是范数。
(5)
是范数。
(6)
是范数。
15、解答:
即
与
等价,等价定义中的系数
,
。
16、
是
中的矩阵范数。
18、显然
是对称半正定矩阵,则存在
,使得
,从而,
,
即
。同理可证,
,从而得证。
19、矩阵范数
与向量范数
相容。
20、(1)
。
。
(2)若
与
是相容的,则
,取
,则
,从而
。
(3)(a)
。(b)
,并且
(c)
。
21、
。
22、因为
和
都是对称矩阵,从而也是正规矩阵,因此,
,
,那么
。
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