多重线性代数与张量代数

对偶空间

对偶空间是你能对一个向量空间施行的全部线性『测量』的总和——每一个都是一条规则,吞入一个向量、以线性方式输出一个标量。若向量是箭头,对偶向量便是从中读数的量规与尺子;它们合起来构成一个自身的空间,与原空间相映照。

对域 K 上的向量空间 V,对偶空间是 V* = Hom_K(V, K),即一切 K-线性映射(线性泛函)V -> K 的集合。它在逐点加法与数乘下本身是向量空间。当 dim V = n 有限时,dim V* = n 亦然,故 V 与 V* 同构——但并非典范的:该同构依赖于基的选取,经由对偶基给出。

然而,到双对偶空间存在一个典范单射 V -> (V*)*,把 v 送到在 v 处的求值映射;在有限维中它是同构,故 V ≅ (V*)* 是自然的。对偶空间是张量分析中余向量(下标)的来源:一般张量栖身于若干份 V 与若干份 V* 的张量积中,而缩并把一个 V-口与一个 V*-口配对。

在 V = R^2 上,坐标泛函 e_1*(x, y) = x 与 e_2*(x, y) = y 构成 V* 的一组基。任意泛函都是某 a x + b y,例如映射 (x, y) ↦ 3x − y 即 3 e_1* − e_2*。

读取坐标的泛函构成 V* 的对偶基。

在无穷维中,自然映射 V -> (V*)* 是单射但一般不是满射,故 V 不与其双对偶同构。自反空间恰是该映射为同构者——这比有限维情形微妙得多。