抽象向量空间

坐标同构

固定 F 上 n 维空间 V 的一组基 e_1, ..., e_n。于是每个向量 v 都有由 v = c_1*e_1 + ... + c_n*e_n 给出的唯一坐标 (c_1, ..., c_n)。坐标同构是把 v 送到那个元组 [v](属于 F^n)的映射。它是“在基下写出向量”本身就是一个向量空间同构 V -> F^n 的正式陈述——双射、线性、保结构。

要带走的口号是:选一组基就是选一个到 F^n 的同构,反之亦然。这两个动作字面上是同一份数据。这正是为何坐标在第一卷里显得如此自然——你一直在悄然经由一个坐标同构工作,把抽象向量化为可计算的列向量。同构是无坐标世界与 F^n 算术之间的桥梁。

本质的告诫:此同构并非典范的。抽象空间没有优先的基,故没有优先的坐标化方式——不同的基给出不同却同样有效的坐标同构。向量 v 是一个固定对象;它的坐标元组完全取决于你所选的基。换基恰是经由一个可逆矩阵把两个这样的同构联系起来的换元公式。

把不典范性时刻放在眼前,正是流畅理解与脆弱理解之分。一个无坐标的陈述(此算子可逆、此子空间不变)不论基为何皆真;一个坐标的陈述(此矩阵是上三角的)可能在一组基下成立而在另一组下失效。好的线性代数不断在两种视角间翻译——用坐标计算,却只信任与基无关的结论。

v = c_1*e_1 + ... + c_n*e_n <-> [v] = (c_1, ..., c_n) in F^n

一旦固定基,坐标映射就把抽象向量变成列向量;换一组基便得新映射。

双重对偶提供了最干净的对照:V 与它的对偶 V* 同构,但只有在选定一组基之后(不典范);而 V 与它的双重对偶 (V*)* 同构,无需任何选择(典范)。坐标同构是不典范那一类的原型——有用、无处不在,却从非天赐。

又称
coordinate mapcoordinatization