
【计】 orthonormal
norm; standard
【计】 convertion; specification
【医】 Cannon; canon
【经】 norm
【计】 quadrature
【医】 orthogonality
在数学和工程学领域中,"规范正交的"(英文:orthonormal)是一个描述向量集合特殊性质的术语。该概念由两部分构成:正交性(orthogonal)与单位规范性(normalization),其核心定义如下:
正交性
向量集合中的任意两个不同向量均满足内积为零,即对于向量空间中的向量$mathbf{u}$和$mathbf{v}$,若$mathbf{u} eq mathbf{v}$,则$langle mathbf{u}, mathbf{v} rangle = 0$。这一性质消除了向量间的线性相关性,确保集合中向量彼此独立。
单位规范性
每个向量的范数(即长度)均为1,数学表达为$|mathbf{u}| = sqrt{langle mathbf{u}, mathbf{u} rangle} = 1$。单位化操作使向量在几何上更便于计算,例如投影和坐标变换。
应用场景
规范正交基在信号处理(如傅里叶变换)、量子力学(态向量表示)及计算机图形学(坐标变换)中具有基础作用。例如,Gram-Schmidt正交化算法可将线性无关向量组转化为规范正交基。
参考来源
规范正交是数学中描述向量或函数集合特性的重要概念,结合了“正交性”和“单位范数”两个条件。以下是详细解释:
正交性
在内积空间中,两个向量正交的条件是它们的内积为零,即:
$$
mathbf{u} cdot mathbf{v} = 0
$$
几何上表示垂直关系。
规范化
规范正交还要求每个向量的范数(长度)为1,即:
$$
|mathbf{u}| = sqrt{mathbf{u} cdot mathbf{u}} = 1
$$
一个向量集合若满足以下两点,则称为规范正交系:
例如,三维空间中的标准基向量: $$ mathbf{e}_1 = (1,0,0), quad mathbf{e}_2 = (0,1,0), quad mathbf{e}_3 = (0,0,1) $$ 即满足规范正交条件。
函数空间
在函数内积空间中,两个函数正交的条件是它们的乘积积分为零:
$$
int_a^b f(x)g(x)dx = 0
$$
若进一步满足$int_a^b f(x) dx = 1$,则构成规范正交函数系,如傅里叶基函数。
希尔伯特空间
规范正交基是无限维空间中的推广,例如量子力学中的波函数常采用规范正交基表示。
总结来看,规范正交通过正交性保证独立性,通过单位化统一尺度,是线性代数、函数分析等领域的基础工具。
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