ベクトル空間

体と非空の集合上に定義されたベクトル加法とスカラー乗法と呼ばれる演算がベクトル空間の公理を満たす場合、そのような集合をベクトル空間と呼びます。ここではベクトル空間を定義した上で、その基本的な性質を確認します。

学習内容

ベクトル空間の定義

公理主義の立場からベクトル空間を定義した上で、そこに定義される演算の基本的な性質を確認します。

体の定義と具体例

集合上に2つの演算が定義されており、それらが体の公理と呼ばれる公理系を満たすとき、そのような集合を体と呼びます。公理主義の立場から体を定義するとともに体の具体例を提示します。

ベクトル空間の定義と具体例

体と非空の集合上に定義されたベクトル加法とスカラー乗法と呼ばれる演算がベクトル空間の公理を満たす場合、そのような集合をベクトル空間と呼びます。

ベクトル加法の性質

ベクトル空間上に定義されたベクトル加法が満たす性質を、ベクトル空間の公理系から導きます。また、ベクトル加法を用いて、ベクトル減法と呼ばれる新たな演算を定義します。

スカラー乗法の性質

体上のベクトル空間上に定義されたスカラー乗法が満たす性質を、ベクトル空間の公理系から導きます。

部分ベクトル空間

部分ベクトル空間について解説します。

ベクトル空間の次元と基底

ベクトル空間の次元と基底について解説します。

ベクトルの線型結合と線型スパン(線型包)

ベクトルのスカラー倍どうしの和として表されるベクトルを線型結合と呼びます。ベクトル空間の部分集合に属するベクトルの線型結合をすべて集めてできる集合を線型スパンと呼びます。線型スパンは部分ベクトル空間です。

ベクトル空間における線型従属・線型独立なベクトル

ベクトル空間に属するベクトルどうしが線型従属ないし線型独立であることを定義するとともに、その意味を解説します。

ベクトル空間の基底と次元

ベクトル空間から選ぶことができる線型独立なベクトルの個数の最大値をそのベクトル空間の次元と呼びます。次元が有限である場合、その値は1つの非負の整数として定まることが保証されます。

部分空間(部分ベクトル空間)の基底と次元

部分空間から選ぶことができる線型独立なベクトルの個数の最大値をその部分空間の次元と呼びます。次元が有限である場合、その値は1つの非負の整数として定まることが保証されます。

ベクトル空間における座標ベクトル(基底のもとでのベクトルの座標)

ベクトル空間における基底が与えられれば、それぞれのベクトルは基底ベクトルの線型結合として一意的に表されます。そこで、ベクトルの線型結合を特徴づけるスカラーの組をそのベクトルの座標と呼びます。

学習ガイド

大学の数学カリキュラムとWIISのカリキュラムは何が違うのか

多くの大学では入学後すぐに微分積分学や線形代数学を学び、その後に実数論や位相空間論などの理論的な科目へ進みます。一方、WIISでは論理学・集合論の後に実数論を学び、その上で微分積分学へ進むカリキュラムを採用しています。本記事では、それぞれの考え方とWIISの学習順序のメリットについて解説します。

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