Понятие о евклидовом пространстве свойства. Евклидовы пространства
С положительно определённым скалярным произведением. Является непосредств. обобщением обычного трёхмерного пространства. В Е. п. существуют декартовы координаты, в к-рых ( ху )векторов х- (x 1 , . . . , х n )и y = (y 1 , . . . , y п )имеет вид (xy)=x 1 y 1 +. . .+х n у п. В произвольных координатах скалярное произведение по определению удовлетворяет условиям: 1) ( хх )/0, (хх) = 0лишь при x =0; 2) ( ху) = (ух)*; 3) (a ху) = a( ху); 4) (x {y+ z}) =(xy)+ (xz), где a - любое комплексное число, * означает комплексное сопряжение. В Е. п. имеет место неравенство Коши - Буняковского |xу | 2 [( хх)(уу). Число
Наз. нормой (или длиной)вектора х, а угол q между векторами х, у находят из ф-лы cosq= (xy)/|x| |у|. Первоначально евклидовыми наз. пространства, в к-рых выполнены аксиомы евклидовой геометрии, осн. понятиями к-рой являются длина векторов и угол между ними. Бесконечномерное Е. п. обычно наз. гильбертовым пространством. Пространство, в к-ром нарушено условие 1) положительности скалярного произведения, наз. псевдоевклидовым пространством. Пространство, в к-ром п четно, а условие 2) заменяется условием ( ху) = --(ух), наз. симплектическим пространством. Лит.: Гельфанд И. М., Лекции по линейной алгебре, 4 изд., М., 1971; Дубровин Б. А., Новиков С. П., Фоменко А. Т., Современная геометрия, 2 изд., М., 1986. С. В. Молодцов.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Смотреть что такое "ЕВКЛИДОВО ПРОСТРАНСТВО" в других словарях:
Пространство, свойства которого изучаются в евклидовой геометрии. В более широком понимании евклидовым пространством называется n мерное векторное пространство, в котором определено скалярное произведение … Большой Энциклопедический словарь
Евклидово пространство - пространство, свойства которого описываются аксиомами евклидовой геометрии. Упрощенно можно определить евклидово пространство, как пространство на плоскости или в трехмерном объеме, в которых заданы прямоугольные (декартовы) координаты, а… … Начала современного естествознания
Евклидово пространство - см. Многомерное (n мерное) векторное пространство, Векторное (линейное) пространство … Экономико-математический словарь
евклидово пространство - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN Cartesian space … Справочник технического переводчика
- (также Эвклидово пространство) в изначальном смысле, пространство, свойства которого описываются аксиомами евклидовой геометрии. В этом случае предполагается, что пространство имеет размерность 3. В современном понимании, в более общем… … Википедия
Пространство, свойства которого изучаются в евклидовой геометрии. В более широком понимании евклидовым пространством называют n мерное векторное пространство, в котором определено скалярное произведение. * * * ЕВКЛИДОВО ПРОСТРАНСТВО ЕВКЛИДОВО… … Энциклопедический словарь
Пространство, свойства к рого изучаются в евклидовой геометрии. В более широком понимании Е. п. наз. n мерное векторное пространство, в к ром определено скалярное произведение … Естествознание. Энциклопедический словарь
Пространство, свойства к рого описываются аксиомами евклидовой геометрии. В более общем смысле Е. п. конечномерное действительное векторное пространствоRn со скалярным произведением(х, у), х, к рое в надлежащим образом выбранных координатах… … Математическая энциклопедия
- (в математике) пространство, свойства которого описываются аксиомами евклидовой геометрии (См. Евклидова геометрия). В более общем смысле Е. п. называется n мepное Векторное пространство, в котором возможно ввести некоторые специальные… … Большая советская энциклопедия
- [по имени др. греч. математика Евклида (Eukleides; 3 в. до н. э.)] пространство, в т. ч. многомерное, в к ром возможно ввести координаты х1,..., хп так, что расстояние р (М,М) между точками М (х1 ..., х n) и М (х 1 , .... xn) может быть… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Книги
- Энтропийная механика , А. Н. Панченков. Книга завершает издание четырехтомной серии `Энтропия`. Три книги этой серии изданы в период 1999-2004 г.: 1. Энтропия. 2. Энтропия-2: Хаотическая механика. 3. Инерция. Энтропийная механика -…
Еще в школе все учащиеся знакомятся с понятием «евклидова геометрия», основные положения которой сфокусированы вокруг нескольких аксиом, опирающихся на такие геометрические элементы, как точка, плоскость, прямая, движения. Все они в совокупности формируют то, что уже давно известно под термином «евклидово пространство».
Евклидово которого базируется на положении о скалярном умножении векторов, является частным случаем линейного (аффинного) пространства, которое удовлетворяет целому ряду требований. Во-первых, скалярное произведение векторов абсолютно симметрично, то есть вектор с координатами (x;y) в количественном плане тождественен вектору с координатами (y;x), однако противоположен по направлению.
Во-вторых, в том случае, если производится скалярное произведение вектора с самим собой, то результат этого действия будет носить положительный характер. Единственным исключением станет случай, когда начальная и конечная координата этого вектора равна нулю: в этом случае и произведение его с самим собой то же будет равно нулю.
В-третьих, имеет место дистрибутивность скалярного произведения, то есть возможность разложения одной из его координат на сумму двух значений, что не повлечет за собой никаких изменений в итоговом результате скалярного умножения векторов. Наконец, в-четвертых, при умножении векторов на одно и то же их скалярное произведение также увеличится во столько же раз.
В том случае, если выполняются все эти четыре условия, мы можем с уверенностью сказать, что перед нами евклидово пространство.
Евклидово пространство с практической точки зрения можно охарактеризовать следующими конкретными примерами:
- Самый простой случай - это наличие множества векторов с определенным по основным законам геометрии скалярным произведением.
- Евклидово пространство получится и в том случае, если под векторами мы будем понимать некое конечное множество действительных чисел с заданной формулой, описывающей их скалярную сумму или произведение.
- Частным случаем евклидова пространства следует признать так называемое нулевое пространство, которое получается в том случае, если скалярная длина обоих векторов равна нулю.
Евклидово пространство обладает целым рядом специфических свойств. Во-первых, скалярный множитель можно выносить за скобки как от первого, так и от второго сомножителя скалярного произведения, результат от этого не претерпит никаких изменений. Во-вторых, наряду с дистрибутивностью первого элемента скалярного произведения, действует и дистрибутивность второго элемента. Кроме того, помимо скалярной суммы векторов, дистрибутивность имеет место и в случае вычитания векторов. Наконец, в-третьих, при скалярном умножении вектора на нуль, результат также будет равен нулю.
Таким образом, евклидово пространство - это важнейшее геометрическое понятие, используемое при решении задач с взаимным расположением векторов друг относительно друга, для характеристики которого используется такое понятие, как скалярное произведение.
Евклидовы пространстваПортабельные Windows-приложения на сайте Bodrenko.com
Глава 4
ЕВКЛИДОВЫ ПРОСТРАНСТВА
Из курса аналитической геометрии читатель знаком с понятием
скалярного произведения двух свободных векторов и с четырьмя основными
свойствами указанного скалярного произведения. В настоящей главе изучаются
линейные пространства любой природы, для элементов которых каким-либо способом
(причем безразлично каким) определено правило, ставящее в соответствие любым
двум элементам число, называемое скалярным произведением этих элементов. При
этом важно только, чтобы это правило обладало теми же четырьмя свойствами, что и
правило составления скалярного произведения двух свободных векторов. Линейные
пространства, в которых определено указанное правило, называются евклидовыми
пространствами. В настоящей главе выясняются основные свойства произвольных
евклидовых пространств.
§ 1. Вещественное евклидово пространство и его
простейшие свойства
1. Определение вещественного евклидова пространства.
Вещественное линейное пространство R называется вещественным евклидовым
пространством
(или просто евклидовым пространством
), если
выполнены следующие два требования.
I. Имеется правило, посредством которого любым двум элементам этого пространства
х и у ставится в соответствие вещественное число, называемое скалярным
произведением
этих элементов и обозначаемое символом (х, у).
П. Указанное правило подчинено следующим четырем аксиомам:
1°. (х, у) = (у, х) (переместительное свойство или симметрия);
2°. (x 1 + x
2, у) = (х 1
,
у) + (х 2 , у) (распределительное свойство);
3°. (λ
х, у) = λ
(х, у)
для любого вещественного λ
;
4°. (х, х) > 0, если х - ненулевой элемент; (х, х) = 0, если х - нулевой
элемент.
Подчеркнем, что при введении понятия евклидова пространства мы абстрагируемся не
только от природы изучаемых объектов, но и от конкретного вида правил
образования суммы элементов, произведения элемента на число и скалярного
произведения элементов (важно лишь, чтобы эти правила удовлетворяли восьми
аксиомам линейного пространства и четырем аксиомам скалярного произведения).
Если же природа изучаемых объектов и вид перечисленных правил указаны, то
евклидово пространство называется конкретным
.
Приведем примеры конкретных евклидовых пространств.
Пример 1. Рассмотрим линейное пространство В 3 , всех свободных
векторов. Скалярное произведение любых двух векторов определим так, как это было
сделано в аналитической геометрии (т. е. как произведение длин этих векторов на
косинус угла между ними). В курсе аналитической геометрии была доказана
справедливость для так определенного скалярного произведения аксиом
1°- 4° (см. выпуск «Аналитическая геометрия», гл.2, §2, п.З). Стало быть,
пространство В 3 с так определенным скалярным произведением является
евклидовым пространством.
Пример 2. Рассмотрим бесконечномерное линейное пространство С [а,
b
] всех функций x(t), определенных и непрерывных на
сегменте а ≤
t ≤
b
. Скалярное произведение двух таких функций x(t) и
y(t) определим как интеграл (в пределах от а до b
) от
произведения этих функций
Элементарно проверяется справедливость для так определенного
скалярного произведения аксиом 1°-4°. В самом деле, справедливость аксиомы 1°
очевидна; справедливость аксиом 2° и 3° вытекает из линейных свойств
определенного интеграла; справедливость аксиомы 4° вытекает из того, что
интеграл от непрерывной неотрицательной функции x 2 (t)
неотрицателен и обращается в нуль лишь тогда, когда эта функция тождественно
равна нулю на сегменте а ≤
t ≤
b
(см. выпуск «Основы математического
анализа», часть I, свойства 1° и 2° из п. 1 §6 гл. 10) (т.е. является нулевым
элементом рассматриваемого пространства).
Таким образом, пространство С [а, b
] с так
определенным скалярным произведением представляет собой бесконечномерное
евклидово пространство
.
Пример 3. Следующий пример евклидова пространства дает n-мерное линейное
пространство А n
упорядоченных совокупностей
n
вещественных чисел, скалярное произведение двух
любых элементов х= (х 1 , x 2 ,...,х n) и у = (y
1 ,
y
2 ,...,y
n)
которого определяется равенством
(х, у) = x 1 y 1 + x 2 y 2 + ... + x n y n . (4.2)
Справедливость для так определенного скалярного произведения аксиомы 1° очевидна; справедливость аксиом 2° и 3° легко проверяется достаточно вспомнить определение операций сложения элементов и умножения их на числа:
(х 1 , x 2 ,...,х n) + (y 1 , y 2 ,...,y n) = (x 1 + y 1 , x 2 + y 2 ,...,x n + y n),
λ (х 1 , x 2 ,...,х n) = (λ х 1 , λ x 2 ,..., λ х n);
наконец, справедливость аксиомы 4° вытекает из того, что (х, х)
= х 1 2 +
x 2 2 +
...+
х n 2
всегда является неотрицательным числом и обращается в нуль лишь при условии х 1
= х 2 = ... = х n
= 0.
Рассмотренное в этом примере евклидово пространство часто обозначают символом Е n
.
Пример 4. В том же самом линейном пространстве А n
введем скалярное произведение любых двух элементов х= (х 1 , x 2 ,...,х n)
и у = (y
1 ,
y
2 ,...,y
n)
не соотношением (4.2), а другим, более общим, способом.
Для этого рассмотрим квадратную матрицу порядка n
Составим с помощью матрицы (4.3) однородный многочлен второго
порядка относительно n
переменных х 1 , x 2 ,...,х n
Забегая вперед, отметим, что такой многочлен называется
квадратичной формой
(порождаемой матрицей (4.3)) (квадратичные формы
систематически изучаются в гл. 7 этой книги).
Квадратичная форма (4.4) называется положительно определенной
, если она
принимает строго положительные значения для всех значений переменных х 1 , x 2 ,...,х n
, одновременно не равных нулю (в гл. 7 этой книги будет указано необходимое и
достаточное условие положительной определенности квадратичной формы).
Так как при х 1 = х 2 = ... = х n
= 0 квадратичная форма (4.4), очевидно, равна нулю, то можно сказать, что
положительно определенная
квадратичная форма обращается в нуль лишь при условии х
1
= х
2
= ... = х
n
= 0.
Потребуем, чтобы матрица (4.3) удовлетворяла двум условиям.
1°. Порождала положительно определенную квадратичную форму (4.4).
2°. Была симметричной (относительно главной диагонали), т.е. удовлетворяла
условию a ik = а ki
для всех
i
= 1, 2,..., n
и k = I,
2,..., n
.
С помощью матрицы (4.3), удовлетворяющей условиям 1° и 2°, определим скалярное
произведение двух любых элементов
х= (х 1 , x 2 ,...,х n) и у = (y
1 ,
y
2 ,...,y
n)
пространства А n
соотношением
Легко проверить справедливость для так определенного
скалярного произведения всех аксиом 1°-4°. В самом деле, аксиомы 2° и 3°,
очевидно, справедливы при совершенно произвольной матрице (4.3); справедливость
аксиомы 1° вытекает из условия симметричности матрицы (4.3), а справедливость
аксиомы 4° вытекает из того, что квадратичная форма (4.4), представляющая собой
скалярное произведение (х, х), является положительно определенной.
Таким образом, пространство А n
со скалярным
произведением, определяемым равенством (4.5), при условии симметричности матрицы
(4.3) и положительной определенности порождаемой ею квадратичной формы, является
евклидовым пространством.
Если в качестве матрицы (4.3) взять единичную матрицу, то соотношение (4.4)
перейдет в (4.2), и мы получим евклидово пространство Е n
,
рассмотренное в примере 3.
2. Простейшие свойства произвольного евклидова пространства.
Устанавливаемые в этом пункте свойства справедливы для совершенно произвольного
евклидова пространства как конечной, так и бесконечной размерности.
Теорема 4.1.
Для любых двух элементов х и у произвольного
евклидова пространства справедливо неравенство
(x, y ) 2 ≤ (x, x )(y, y ), (4.6)
называемое неравенством Коши-Буняковского.
Доказательство.
Для любого вещественного числа
λ
, в силу аксиомы 4° скалярного произведения,
справедливо неравенство (λ
х
- у, λ
х - у) > 0. В силу аксиом 1°-3°, последнее
неравенство можно переписать в виде
λ 2 (x, x) - 2 λ(x, y) + (y, y) ≤ 0
Необходимым и достаточным условием неотрицательности
последнего квадратного трехчлена является неположительность его дискриминанта,
т. е. неравенство (в случае (х, х) = 0 квадратный трехчлен вырождается в
линейную функцию, но в этом случае элемент х является нулевым, так что (х, у) =
0 и неравенство (4.7) также справедливо)
(x, y ) 2 - (x, x )(y, y ) ≤ 0. (4.7)
Из (4.7) сразу же вытекает неравенство (4.6). Теорема
доказана.
Наша очередная задача - ввести в произвольном евклидовом пространстве понятие
нормы
(или длины
) каждого элемента. Для этого введем понятие
линейного нормированного пространства.
Определение.
Линейное пространство R называется
нормированным
, если выполнены следующие два требования.
I. Имеется правило, посредством которого каждому элементу х пространства R
ставится в соответствие вещественное число, называемое нормой
(или
длиной
) указанного элемента и обозначаемое символом ||х||.
П. Указанное правило подчинено следующим трем аксиомам:
1°. ||х|| > 0, если х - ненулевой элемент; ||х|| = 0, если х - нулевой элемент;
2°. ||λ
х|| = |λ
| ||х||
для любого элемента х и любого вещественного числа λ
;
3°. для любых двух элементов х и у справедливо следующее неравенство
||х + y || ≤ ||х|| + ||y ||, (4.8)
называемое неравенством треугольника (или неравенством Минковского)
.
Теорема 4.2.
Всякое евклидово пространство является
нормированным, если норму любого элемента х в нем определить равенством
Доказательство.
Достаточно доказать, что для
нормы, определенной соотношением (4.9), справедливы аксиомы 1°-3° из определения
нормированного пространства.
Справедливость для нормы аксиомы 1° сразу вытекает из аксиомы 4° скалярного
произведения. Справедливость для нормы аксиомы 2° почти непосредственно вытекает
из аксиом 1° и 3° скалярного произведения.
Остается убедиться в справедливости для нормы аксиомы 3°, т. е. неравенства
(4.8). Будем опираться на неравенство
Коши-Буняковского (4.6), которое перепишем в виде
С помощью последнего неравенства, аксиом 1°-4° скалярного
произведения и определения нормы получим
Теорема доказана.
Следствие.
Во всяком евклидовом пространстве с нормой
элементов, определяемой соотношением (4.9), для любых двух элементов х и у
справедливо неравенство треугольника (4.8).
Заметим далее, что в любом вещественном евклидовом
пространстве можно ввести понятие угла между двумя произвольными элементами х и
у этого пространства. В полной аналогии с векторной алгеброй, мы назовем
углом
φ
между элементами х
и у
тот (изменяющийся в пределах от 0 до π
) угол,
косинус которого определяется соотношением
Данное нами определение угла корректно, ибо в силу неравенства
Коши-Буняковского (4.7") дробь, стоящая в правой части последнего равенства, по
модулю не превосходит единицы.
Далее договоримся называть два произвольных элемента х и у евклидова
пространства Е ортогональными, если скалярное произведение этих элементов (х, у)
равно нулю (в этом случае косинус угла (φ
между
элементами х и у будет равен нулю).
Снова апеллируя к векторной алгебре, назовем сумму х + у двух ортогональных
элементов х и у гипотенузой прямоугольного треугольника, построенного на
элементах х и у.
Заметим, что во всяком евклидовом пространстве справедлива теорема Пифагора:
квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. В самом деле, поскольку х и у
ортогональны и (х, у) = 0, то в силу аксиом и определения нормы
||х + y || 2 = (x+y, x+y ) = (x, x ) + 2(x, y ) + (y, y) = (x,x) + (y, y) = ||х|| 2 + ||y || 2 .
Этот результат обобщается и на n попарно ортогональных элементов х 1 , x 2 ,...,х n: если z = х 1 + x 2 + ...+ х n , то
||х|| 2 = (х 1 + x 2 + ...+ х n ,х 1 + x 2 + ...+ х n) = (х 1 ,х 1) + (х 2 ,х 2) + .... + (х n ,х n ) = ||х 1 || 2 + ||х 1 || 2 +... +||х 1 || 2 .
В заключение запишем норму, неравенство Коши-Буняковского и
неравенство треугольника в каждом из конкретных евклидовых пространств,
рассмотренных в предыдущем пункте.
В евклидовом пространстве всех свободных векторов с обычным определением
скалярного произведения норма вектора а совпадает с его длиной |а|, неравенство
Коши-Буняковского приводится к виду ((a,b
) 2
≤
|а| 2 |b
| 2 ,
а неравенство треугольника - к виду |a + b| ≤
|а| + |b
| (Если сложить векторы а и b по правилу
треугольника, то это неравенство тривиально сводится к тому, что одна сторона
треугольника не превосходит суммы двух других его сторон).
В евклидовом пространстве С [а, b
] всех непрерывных на
сегменте а ≤
t ≤
b
функций х = x(t) со скалярным произведением (4.1)
норма элемента х = x(t) равна , а неравенства
Коши-Буняковского и треугольника имеют вид
Оба эти неравенства играют важную роль в различных разделах
математического анализа.
В евклидовом пространстве Е n
упорядоченных
совокупностей n
вещественных чисел со скалярным
произведением (4.2) норма любого элемента х = (х 1 , x 2 ,...,х n)
равна
Наконец, в евклидовом пространстве упорядоченных совокупностей
n
вещественных чисел со скалярным произведением (4.5)
норма любого элемента х = (х 1 , x 2 ,...,х n) равна
0 (напоминаем, что при этом матрица (4.3) симметрична и порождает положительно
определенную квадратичную форму (4.4)).
а неравенства Коши-Буняковского и треугольника имеют вид
Кузьма Сергеевич Петров-Водкин
Пространство Эвклида
Глава первая
ВЫЛЕТ ИЗ ГНЕЗДА
К выпускным экзаменам мы, школьники, незаметно для самих себя, возмужали. У каждого набухли и успокоились грудные железы. Лица стали озабоченнее. Огрубели наши голоса и смелее заговорили о девушках.
Начинали курить, правда, еще потихоньку от родителей. Пересилив тошноту и отвращение от табачного дыма, вырабатывали мы жесты затяжек, держания папиросы между пальцами, в углу рта, с цежением слов, выпускаемых одновременно с дымом.
Беседы сделались разумнее. Мы перешли к вопросам, о которых год тому назад и не думали. Насущным вопросом было - преимущества и осмысленность той или иной профессии: каждый намечал свой путь или кому его намечали родители, но немногие из нас решили бесповоротно переплеснуться за Хлыновск, и немногие сознавали всю скудность нашего учебного багажа, да и потребность в его пополнении была не у многих.
Сидим мы во дворе школы, - Петр Антонович нездоров, - мы знаем виновника нездоровья - буфет на «Суворове», сидим и обсуждаем наши предположения.
Буду в Москве улицы подметать, а в Хлыновске не останусь! - заявляет Позднухов - наш поэт, романтик. Он сирота; дядя, у которого Позднухов сиротствовал, тоже бобыль, из прутьев мебель налаживал; так дядя решил, что раз довел он племянника до «высокой науки», так теперь кормежку ему делай.
Пешком уйду, - продолжает Позднухов, - у меня и багаж готов: книга Пушкина, сорок копеек и сухарей насушил за зиму…
И мы знали, видно было по человеку, что он сдержит то, о чем говорит.
Петя Сибиряков - невеселый, у него тоже взрывчатое внутри, но он слишком мягок: его направляют в Саратов в торговое предприятие. Кузнецов, сын почтальона, в телеграфных чиновниках продолжит он профессию отца. Кира Тутин должен овладеть «высотами механики» - это его решение. Самый спокойный из всех за судьбу свою - это Вася Серов, он по прямой линии пройдет жизнь, его разум четок и цепок, кто не посторонится на его пути, сам свалится; логикой голых истин Вася победит все свои немощи, и любовь, и жалость, и межпланетные загадки, закроет клапаны рассудка на прошлое и будущее, чтобы выровнять настоящее в длину и в ширину.
Трое учеников предполагали держать в железнодорожное училище.
А ты? - обращаются ко мне. А я и не знаю, или, наоборот, слишком хорошо знаю мою склонность, но нет у меня определенной формы действия, я чую окольные пути, которые мне предстоят, я не знаю даже, есть ли для меня подходящая школа, да и как назвать тс, чем я хотел бы заняться, - ведь я был пионером в Хлыновске, открывшим новое занятие.
Наш круг мозолистый, изложи ему занятие ясное. Черноты работы он не испугается, над ней не посмеется, только чтоб не было в работе передаточности дальней и чтоб полезность ее была обоснована. А как мне было обосновать занятие художника?
Я также поеду в железнодорожное! - высказываю я товарищам только что созревшее во мне решение, - надо было с чего-то начинать жизнь и не прерывать учения.
Из выпускников у нас было два коновода - Серов и Тутин.
Всю школу прошел Серов на пятерках. Он не обладал фантазией игры и шалостей. Весь учебный материал он знал от сих и до сих. Прибегающим к нему за помощью товарищам он не отказывал, но ему казалось столь неестественным чего-нибудь не знать, что его помощь казалась высокомерной и всегда слегка колола самолюбие прибегнувшего к ней.
Большая голова Васи с черными глазами, которые, соединенные с гримасой угла рта, казались насмешливыми и недобрыми, эта голова, выбрасывавшая несомненные, школьные истины, была для меня объектом многих наблюдений. Я был к нему холоден, но не мог не восхищаться его мозговой коробкой, в которой так крепко были уложены и формулы математики, и призвание варягов, и катехизис. Отвечая урок низким, звучным голосом, Серов как бы приказывал квадрату гипотенузы строиться с катетами, Рюрик, Синеус и Трувор беспрекословно приходили владеть Русью, члены символа веры каменными плитами печатали неизбежность.
Внутри меня было несогласие с такой тиранической безусловностью, но я не мог не поддаваться его умозаключениям.
Ну и умный этот Васька, - говорил смешливый Гриша Юркин, - пра, ей-Богу, он в исправники пролезет!
Уж не знаю, крайности или прямолинейности сходятся, но законоучитель наш нарадоваться не мог на Серова. Отчитывает тот ему, бывало, урок, а протопоп умиленно разглаживает складки рясы и дакает в бороду и вздыхает, и растворяется в красноречии Васи от собственного косноязычия.
Вот бы архиерей-то, да бы из своих, - видно, мечтал поп.
И случалось, что после урока звал законоучитель Васю в уединение и убеждал юношу в выборе подобающей карьеры.
Опять в духовные звал, - отвечал Серов на наши расспросы.
Гриша Юркин спал и видел себя попом.
Ах ты, вот те, ах ты!.. - ахал всерьез Юркин над своей мечтой. - Что же это длинногривый меня не приглашает? Ведь Васька назубок, а я по совести церковное знаю… Подожди, я ему изложу урок… Серову кутейность ни к чему, а я о сироте моей безродной стараюсь… Ах, уж покормил бы я мамашеньку шпионами в сметане!..
Надо сказать, несуразный Гриша отлично знал святцы и катехизис, но его несчастьем было всегдашнее умозатмение; он путал слова по созвучию - шпионы у него вызревали в навозе, шампиньоны предавали родину. И вот, когда на первом же уроке мечтающий о духовном звании предложил отвечать по богослужению, мы с удовольствием слушали Гришино изложение. Ему даже удавалось избегать путающих его слов. Протоиерей также насторожился по-хорошему и задал последний вопрос о «проскомидии прежде освященных даров», и вот на него четко, без запинки, что твой Серов, начал отвечать Юркин:
Микроскопия летаргии, пресыщенных даров совершается…
Законоучитель с кулаками бросился на бедного юношу:
Балда бесовская! Заткни омраченную глотку! Смешливый Гриша было фыркнул от трясения Протопоповой бороды, но потом очень вознегодовал.
Так вот назло тебе докажу, распро-поп эдакий!.. - погрозил он вслед уходящему.
И что же, Юркин все-таки стал попом в селе Левитине, Мужики, говорят, любили веселого, простецкого батюшку, и если бы не водка, которой безмерно предался Гриша, может быть, он шагнул бы и за протопопа. Но однажды во время обедни зеленый змий показался ему идущим с клироса. Юркин шарахнул кадилом в змеиную пасть и непристойно заругался в ужаснувшуюся толпу прихожан.
Умер Гриша в доме для умалишенных в губернии.
Вторым коноводом был Тутин. Если Серов накапливал знания, то Кира их пропускал через себя - от него легко учились и другие. О нем я уже рассказывал в «Хлыновске» и обрисовал его влияние на меня.
Определение евклидова пространства
Определение 1. Вещественное линейное пространство называется евклидовым , если в нём определена операция, ставящая в соответствие любым двум векторам x и y из этого пространства число, называемое скалярным произведением векторов x и y и обозначаемое (x,y) , для которого выполнены условия:
1. (x,y) = (y,x);
2. (x + y,z) = (x,z) + (y,z) , где z - любой вектор, принадлежащий данному линейному пространству;
3. (?x,y) = ? (x,y) , где ? - любое число;
4. (x,x) ? 0 , причём (x,x) = 0 x = 0.
Например, в линейном пространстве одностолбцовых матриц скалярное произведение векторов
можно определить формулой
Евклидово пространство размерности n обозначают En . Заметим, что существуют как конечномерные, так и бесконечномерные евклидовы пространства.
Определение 2 . Длиной (модулем) вектора x в евклидовом пространстве En называют (x,x) и обозначают её так: |x| = (x,x) . У всякого вектора евклидова пространства существует длина, причём у нулевого вектора она равна нулю.
Умножая ненулевой вектор x на число , мы получим вектор , длина которого равна единице. Эта операция называется нормированием вектора x .
Например, в пространстве одностолбцовых матриц длину вектора можно определить формулой:
Неравенство Коши-Буняковского
Пусть x? En и y ? En – любые два вектора. Докажем, что для них имеет место неравенство:
(Неравенство Коши-Буняковского)
Доказательство. Пусть? - любое вещественное число. Очевидно, что (?x ? y,?x ? y) ? 0. С другой стороны, в силу свойств скалярного произведения можем написать
Получили, что
Дискриминант этого квадратного трёхчлена не может быть положительным, т.е. , откуда вытекает:
Неравенство доказано.
Неравенство треугольника
Пусть x и y - произвольные векторы евклидова пространства En , т.е. x ? En и y ? En .
Докажем, что . (Неравенство треугольника).
Доказательство. Очевидно, что С другой стороны, . Принимая во внимание неравенство Коши-Буняковского, получим
Неравенство треугольника доказано.
Норма евклидова пространства
Определение 1 . Линейное пространство ? называется метрическим , если любым двум элементам этого пространства x и y поставлено в соответствие неотрицательное число? (x,y) , называемое расстоянием между x и y , (? (x,y) ? 0) , причём выполняются условия (аксиомы):
1) ? (x,y) = 0 x = y
2) ? (x,y) = ? (y,x) (симметрия);
3) для любых трёх векторов x , y и z этого пространства? (x,y) ? ? (x,z) + ? (z,y) .
Замечание. Элементы метрического пространства обычно называют точками.
Евклидово пространство En – метрическое, причём в качестве расстояния между векторами x? En и y? En можно взять x ? y .
Так, например, в пространстве одностолбцовых матриц, где
следовательно
Определение 2 . Линейное пространство ? называется нормированным , если каждому вектору x из этого пространства поставлено в соответствие неотрицательное число, называемое его нормой x . При этом выполняются аксиомы:
Нетрудно видеть, что нормированное пространство является метрическим пространством. В самом деле, в качестве расстояния между x и y можно взять . В евклидовом пространстве En в качестве нормы любого вектора x? En принимается его длина, т.е. .
Итак, евклидово пространство En является метрическим пространством и более того, евклидово пространство En является нормированным пространством.
Угол между векторами
Определение 1 . Углом между ненулевыми векторами a и b евклидова простран ства En называют число для которого
Определение 2 . Векторы x и y евклидова пространства En называются ортогона льными , если для них выполняется равенство (x,y) = 0.
Если x и y - ненулевые, то из определения следует, что угол между ними равен
Заметим, что нулевой вектор по определению считается ортогональным любому вектору.
Пример . В геометрическом (координатном) пространстве?3, которое является частным случаем евклидова пространства, орты i , j и k взаимно-ортогональны.
Ортонормированный базис
Определение 1 . Базис e1 ,e2 ,...,en евклидова пространства En называется ортогона льным , если векторы этого базиса попарно ортогональны, т.е. если
Определение 2 . Если все векторы ортогонального базиса e1 , e2 ,...,en единичны, т.е. ei = 1 (i = 1,2,...,n) , то базис называется ортонормированным , т.е. для ортонормированного базиса
Теорема. (о построении ортонормированного базиса)
Во всяком евклидовом пространстве E n существуют ортонормированные базисы.
Доказательство . Докажем теорему для случая n = 3.
Пусть E1 ,E2 ,E3 - некоторый произвольный базис евклидова пространства E3 Построим какой-нибудь ортонормированный базис в этом пространстве. Положим , где ? - некоторое вещественное число, которое выберем таким образом, чтобы было (e1 ,e2 ) = 0, тогда получим
причём очевидно, что? = 0 , если E1 и E2 ортогональны, т.е. в этом случае e2 = E2 , а , т.к. это базисный вектор.
Учитывая, что (e1
,e2
) = 0, получим
Очевидно, что , если e1 и e2 ортогональны с вектором E3 , т.е. в этом случае следует взять e3 = E3 . Вектор E3 ? 0 , т.к. E1 , E2 и E3 линейно независимы, следовательно e3 ? 0.
Кроме того, из приведённого рассуждения следует, что e3 нельзя представить в виде линейной комбинации векторов e1 и e2 , следовательно векторы e1 , e2 , e3 линейно незави симы и попарно ортогональны, следовательно, их можно взять в качестве базиса евклидова пространства E3 . Остаётся только пронормировать построенный базис, для чего достаточно каждый из построенных векторов разделить на его длину. Тогда получим
Итак, мы построили базис - ортонормированный базис. Теорема доказана.
Применённый способ построения ортонормированного базиса из произвольного базиса называется процессом ортогонализации . Заметим, что в процессе доказательства теоремы мы установили, что попарно ортогональные векторы линейно независимы. Кроме того, если - ортонормированный базис в En , тогда для любого вектора x? En имеет место единственное разложение
где x1 , x2 ,..., xn - координаты вектора x в этом ортонормированном базисе.
Так как
то умножив скалярно равенство (*) на
, получим
.
В дальнейшем мы будем рассматривать только ортонормированные базисы, а потому для простоты их записи нолики сверху у базисных векторов мы будем опускать.