理论教育 投影与夹角:内积空间中的向量优化近似

投影与夹角:内积空间中的向量优化近似

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:定义A-10(投影)内积空间V里的一个向量x在该内积空间的一个子空间V'里的最佳近似称为该向量x在该子空间V'上的投影,记为Projv'。性质A-8 若V是上的内积空间,其子空间V'的一组正交基为{v1,v2,…假设该夹角为α,则类似地,我们可以把夹角的概念推广到任何内积空间。图A-1 欧氏平面夹角及余弦

投影与夹角:内积空间中的向量优化近似

投影是上面讲的最佳近似的一个几何语言描述,主要内容是一样的,大概讲一下。

定义A-10(投影)内积空间V里的一个向量x在该内积空间的一个子空间V'里的最佳近似称为该向量x在该子空间V'上的投影,记为Projvx)。

性质A-8V978-7-111-42053-8-Chapter19-104.jpg上的内积空间,其子空间V'的一组正交基为{v1v2,…,vm},则xV'上的投影为

C1v1+C2v2+…+Cmvm

其中,978-7-111-42053-8-Chapter19-105.jpg

证明 要使得

最小,即C1C2,…,Cm为一个极点,对Ci分别求偏导置0得

综合上面正交原理和坐标表示,可以得到下面的命题形式。(www.daowen.com)

性质A-9向量xxv方向上的投影的差向量与v正交,即

回忆一下几何里,欧氏平面上向量之间夹角的刻画:平面上两向量uv之间的夹角可以用该夹角对应的余弦值来刻画。假设该夹角为α,则

类似地,我们可以把夹角的概念推广到任何内积空间。

定义A-11(向量之间的夹角)复数978-7-111-42053-8-Chapter19-110.jpg上的内积空间中两向量uv的夹角,类比欧氏平面上向量之间夹角的刻画,可以采用“余弦”来描述,即uv上的投影Projvu)与u的模的比值

从前面的Cauchy-Schwarz不等式知道,上面的式子小于等于1,所以定义成“余弦”也比较合理。

图A-1 欧氏平面夹角及余弦

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