벡터공간VectorSpace
[정의] 벡터공간이란 선형독립인 N개의 벡터가 선형조합으로 만들어 내는Span 공간을 의미한다.
V={c1x1+...+cNxN∣c1,...,cN∈R}
- 이때, 선형독립인 N개의 벡터 x1,...,xN를 기저벡터basis라고 하고,
- 기저벡터basis의 개수 N을 차원dimension이라고 한다.
벡터공간의 정리: N차원 공간의 형성
[정리] N개의 N차원 벡터 x1,...,xN가 선형독립일 때, 다음 두 정리를 만족한다.
- 해당 벡터를 선형조합하여 모든 N차원 벡터를 만들 수 있다.
- 해당 벡터에 모두 수직인 영벡터가 아닌 벡터x는 존재하지 않는다.
벡터공간의 투영
[정의] N차원 기저벡터 M개 v1,...,vM가 있을 때, 이 기저벡터의 선형조합으로 나타나는 x∣∣V에 대해, (x−x∣∣V)⊥{v1,v2,...,vM} 가 성립하면 x∣∣V는 투영벡터, x⊥V는 직교벡터가 된다.
그러나 일반적인 경우 x∣∣V을 구하는 일은 쉽지 않고, 기저벡터가 정규직교orthonormal인 경우는 쉽게 표현할 수 있으며 유용하다.
[정리]
N차원 기저벡터 M개 v1,...,vM가 정규직교orthonormal할 때, let x∣∣V=∑(x⋅vi)vi이면 x∣∣V는 투영벡터, x⊥V=x−x∣∣V는 직교벡터가 된다. 또한 피타고라스 정리에 의해 ∣∣x∣∣V∣∣2=∑(x⋅vi)2이 된다.
- [lemma] 직교벡터x⊥V는 기저벡터v1,...,vM로 이루어진 벡터공간의 모든 벡터에 대해 직교한다.
- [lemma] 벡터x의 투영벡터x∣∣V는 기저벡터v1,...,vM로 이루어진 벡터공간의 모든 벡터 중에서 가장 벡터 x와 거리∣∣x∣∣V∣∣가 가까운 벡터이다.