高等代数(北大版)第9章习题参考答案.doc

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.

第九章欧氏空间

1.设A=是一个n阶正定矩阵,而

α=(x1,x2,…,xn),β=(y1,y2,…,yn),在Rn中定义内积(α,β)=αAβ,,

1)证明在这个定义之下,Rn成一欧氏空间;

2)求单位向量

ε

1

=(1,0,…,0)

ε

2

=(0,1,…,0)ε

,…,n

=(0,0,…,1)

的度量矩阵;

3)具体写出这个空间中的柯西—布湿柯夫斯基不等式。

解1)易见

(α,β)=αAβ,是Rn上的一个二元实函数,且

(1)(α,β)=αAβ,=(αAβ,),=βA,α,=βAα,=(β,α)

(2)(kα,β)=(kα)Aβ,=k(βAα,)=k(β,α),

(3)(α+β,Y)=(α+β)AY,=αAY,+βA,Y,=(α,Y)+(β,Y),

)于是正定而次型,从而(α,α)≥0,且仅当α=0时有

i,j

(α,α)=0。

2)设单位向量

ε

1

=(1,0,…,0)

ε

2

=(0,1,…,0)ε

,…,n

=(0,0,…,1)

的度量矩阵为B=(bij),则

因此有

B=A

.

.

4)由定义,知

i,

i,j

i,j

i,j,,,

故柯西—布湿柯夫斯基不等式为

aijxiyjaijyiyj2.在R4中,求β之间内积按通常定义),

设:

1)

α=(2,1,3,2)

β=(1,2,-2,1)

2)

α=(1,2,2,3)

β=(3,1,-5,1)

3)解

α=(1,1,1,2)

1)由定义,得

β=(3,2,-1,0)。

(α,β)=2×1+1×2+3(-1)+2×1=0

所以

2)因为

(α,β)=1×3+2×1+2×5+3×1=18

(α,β)=1×1+2×2+2×2+3×3=18

(α,β)=3×3+1×1+2×2+3×3=36

所以

3)同理可得

(α,β)=3(α,α)=17(β,β)=3

所以β=cos-1

3.d(α,β)=α-β

通常为α,β的距离,证明;

.

.

d(α,β)≤d(α,β)+d(β,Y)。

证由距离的定义与三角不等式可得

d(α,β)=α-Y=(α-β)+(β-Y)

≤α-β+β-Y

=d(α,β)+d(β,Y)。

4在R4中求一单位向量与(1,1,-1,1),(1,-1,-1,1),(2,1,1,3)正交。

解设α=(x,x,x,x)与三个已知向量分别正交,得方程组

1234

〔x+x-x+x=

{x1-x2

{x1-x2-x3+x4=

l2x1+x2+x3+3x4

0

0,=0

因为方程组的系数矩阵A的秩为3,所以可令

x=1→x=4,x=0,x=-3,即α=(4,0,1,-3)。

3124

再将其单位化,则

即为所求。

5.设α,α,……α是欧氏空间V的一组基,证明:12n

1)如果Y∈V使(Y,α)=0(i=1,2,……,n),,那么Y=0。i

2)如果Y,Y∈V使对任一α∈V有(Y,α)=(Y,α),那么Y=Y。12

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