标量乘法

线性代数中的基本运算方法

在数学中,标量乘法是由线性代数中的 向量空间 定义的基本运算(更一般地说,它是 抽象代数 中的一个模块)。在通常的几何概念中,通过正 实数 的 欧几里得 向量 的标量乘法将矢量的幅值相乘而不改变它的方向。术语“ 标量 ”本身来自于这种用法:标量是向量的幅值。标量乘法是向量乘以标量(乘积是向量),并且必须与两个向量的 点积 (乘积是标量)进行区分。标量乘法可以视为是向量空间的外部 二元运算 或域的 群作用 。其几何诠释是向量的拉长,方向可能会对调。

定义

通常,如果K代表域,V代表K上的 向量空间 ,则标量乘法是从 到V的函数。将该函数应用于K中的c、V中的v表示的结果为 。

属性

标量乘法符合以下法则:

(1)标量中的加法性: (其中v为 向量 );

(2)向量中的加法性: (其中v,w为向量);

(3) 标量 乘积与标量乘法的兼容性: (其中v为向量);

(4)乘以1不改变向量: (其中v为向量);

(5)乘以0给出 零向量 : (其中v为向量);

(6)乘以-1给出加法逆: (其中v为向量);

这里+是在域或 向量空间 中的加法;并且0是两者之间的加性特征。并置表示字段中的标量乘法或乘法运算。

解读

标量乘法可以被视为外部 二进制 运算或作为向量空间上的域的运算。标量乘法的几何解释是它通过 常数 因子来拉伸或收缩 向量 。

作为特殊情况,可以将V取为K本身,然后可以将标量乘法简单地作为域中的乘法。

当V为K 时, 标量 乘法等效于每个分量与标量的乘法,并且可以这样定义。

如果K是 交换环 ,V是K上的模块,但是没有加法逆。如果K不可交换,则可以定义不同的运算左标量乘法cv和右标量乘法vc(其中v为向量)。

矩阵的标量乘法

矩阵A与标量λ的左标量乘法得到与A相同大小的另一矩阵λA。

更明确的:

类似地,将矩阵A与 标量 λ的右标量乘法定义为

更明确的:

当底层环可交换时,例如 实数 或复数字段,这两个乘法相同,简称为标量乘法。然而,对于不可交换的更一般环上的矩阵,例如 四元数 ,它们可能不 相等 。

对于一个真正的 标量 和矩阵:

对于四元数标量和矩阵:

其中i,j,k是 四元数 单位。四元数乘法的非交换性阻止了改变 到 的转换。