對偶空間與對偶性

對偶基

給定 V 的一組基 e_1, ..., e_n,對偶基是 V* 上相匹配的一組泛函 e_1*, ..., e_n*,其中 e_i* 是讀出第 i 個座標的泛函。它由這條乾淨的法則釘死:e_i*(e_j) = delta_ij,即指標相同時返回 1、否則返回 0。

因此 e_i* 回答的是「這個向量裡含有多少 e_i?」。若 v = a_1*e_1 + ... + a_n*e_n,則恰有 e_i*(v) = a_i。對偶基把「座標」這個抽象概念變成了具體的泛函:座標映射其實就是這組 (e_1*, ..., e_n*)。

這 n 個泛函構成 V* 的一組基,這正是 dim V* = dim V 的緣由。任何泛函 f 都可寫成 f = f(e_1)*e_1* + ... + f(e_n)*e_n*:泛函由它在基上的取值決定,而這些取值就是它在對偶基下的座標。

警告:對偶基是整組基的性質,而非單個向量的性質。哪怕只改動一個 e_j,也可能改變每一個 e_i*,因為每個 e_i* 都必須在所有其他基向量上取零。這種非局部性,正是協變量在換基下與向量「逆向」變換的根源。

e_i*(e_j) = delta_ij ; v = sum_i e_i*(v) e_i

對偶基由座標重建向量:每個 e_i* 抽出一個座標。

若一組基是矩陣 B 的各列,則對偶基是 B^-1 的各列(横列)。這個求逆正是逆變的代數指紋:對偶基按原基的逆轉置變換。

又稱
coordinate functionals