施密特正交化

施密特正交化

求欧氏空间正交基的方法
施密特正交化(Schmidt orthogonalization)是求欧氏空间正交基的一种方法。从欧氏空间任意线性无关的向量组α1,α2,……,αm出发,求得正交向量组β1,β2,……,βm,使由α1,α2,……,αm与向量组β1,β2,……,βm等价,再将正交向量组中每个向量经过单位化,就得到一个标准正交向量组,这种方法称为施密特正交化。
    中文名:施密特正交化 外文名:Gram-Schmidt Orthogonalization 适用领域:线性代数 所属学科: 作 用:由线性无关向量构造标准正交向量 证明方法:数学归纳法 提出者:格拉姆和施密特

方法简介

线性无关向量组未必是正交向量组,但正交向量组又是重要的,因此现在就有一个问题:能否从一个线性无关向量组出发,构造出一个标准正交向量组,并且使向量组与向量组等价呢?回答是肯定的,通过施密特正交化方法就可以实现。下面就来介绍这个方法,由于把一个正交向量组中每个向量经过单位化,就得到一个标准正交向量组,所以,上述问题的关键是如何由一个线性无关向量组来构造出一个正交向量组,我们以3个向量组成的线性无关组为例来说明这个方法。设向量组线性无关,我们先来构造正交向量组,并且使与向量组等价。按所要求的条件,的线性组合,的线性组合,为方便起见,不妨设

其中,数值的选取应满足垂直,即

注意到,于是得,从而得

对于上面已经构造的向量,再来构造向量 ,为满足要求,可令

其中,的选取应满足 分别于向量垂直,即

由此解得

于是得

容易验证,向量组量是与等价的正交向量,若再将 单位化,即令

就是满足要求的标准正交向量组。

定理

一般地,用数学归纳法可以证明:

中的一个线性无关向量组,若令

就是一个 正交向量组,若再令

就得到一个标准正交向量组,且该向量组与等价。

上述所说明的利用线性无关向量组,构造出一个标准正交向量组的方法,就是施密特正交化方法。

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