抽象向量空間
座標同構
固定 F 上 n 維空間 V 的一組基 e_1, ..., e_n。於是每個向量 v 都有由 v = c_1*e_1 + ... + c_n*e_n 給出的唯一座標 (c_1, ..., c_n)。座標同構是把 v 送到那個元組 [v](屬於 F^n)的映射。它是「在基下寫出向量」本身就是一個向量空間同構 V -> F^n 的正式陳述——雙射、線性、保結構。
要帶走的口號是:選一組基就是選一個到 F^n 的同構,反之亦然。這兩個動作字面上是同一份資料。這正是為何座標在第一卷裡顯得如此自然——你一直在悄然經由一個座標同構工作,把抽象向量化為可計算的列向量。同構是無座標世界與 F^n 算術之間的橋樑。
本質的告誡:此同構並非典範的。抽象空間沒有優先的基,故沒有優先的座標化方式——不同的基給出不同卻同樣有效的座標同構。向量 v 是一個固定對象;它的座標元組完全取決於你所選的基。換基恰是經由一個可逆矩陣把兩個這樣的同構聯繫起來的換元公式。
把不典範性時刻放在眼前,正是流暢理解與脆弱理解之分。一個無座標的陳述(此算子可逆、此子空間不變)不論基為何皆真;一個座標的陳述(此矩陣是上三角的)可能在一組基下成立而在另一組下失效。好的線性代數不斷在兩種視角間翻譯——用座標計算,卻只信任與基無關的結論。
v = c_1*e_1 + ... + c_n*e_n <-> [v] = (c_1, ..., c_n) in F^n
一旦固定基,座標映射就把抽象向量變成列向量;換一組基便得新映射。
雙重對偶提供了最乾淨的對照:V 與它的對偶 V* 同構,但只有在選定一組基之後(不典範);而 V 與它的雙重對偶 (V*)* 同構,無需任何選擇(典範)。座標同構是不典範那一類的原型——有用、無處不在,卻從非天賜。
又稱
另見