在数学中,基底(或称基向量)是向量空间中的一组特殊向量,满足以下两个核心条件:
线性无关性
基底中的向量必须线性无关,即其中任何一个向量都不能表示为其他向量的线性组合。例如,在二维平面中,向量 $mathbf{i}$ 和 $mathbf{j}$(分别表示水平和垂直方向)是线性无关的,因为不存在实数 $a$ 和 $b$ 使得 $amathbf{i} + bmathbf{j} = mathbf{0}$(零向量),除非 $a = b = 0$。
生成性
基底能够生成(或覆盖)整个向量空间,意味着向量空间中的任意向量都可以表示为基底向量的线性组合。例如,在二维平面中,任意向量 $mathbf{v}$ 都可以表示为 $mathbf{v} = amathbf{i} + bmathbf{j}$,其中 $a$ 和 $b$ 是实数。
补充说明
维度与基底的唯一性 :向量空间的维度等于其基底的向量个数。例如,二维平面是二维向量空间,其基底包含两个向量;三维空间需要三个线性无关的向量。- 非零向量的要求 :基底中的向量不能是零向量,因为零向量无法参与线性组合生成其他向量。- 不唯一性 :同一向量空间可以有多个基底。例如,在二维平面中,$mathbf{i}$ 和 $mathbf{j}$ 是一组常见基底,但任何两个不共线的非零向量(如 $mathbf{a}$ 和 $mathbf{b}$)只要线性无关,也可以作为基底。
应用场景
基底在向量分析、线性代数和几何中具有基础作用,例如用于表示坐标系中的向量、求解线性方程组、分析线性变换等。