1. 首页 > 科技

数学 这代表什么空间? 数学空间思维

数学 这代表什么空间?数学空间思维

数学中说的“空间形式”是什么意思?

数学里的空间、平面是欧几里得空间的二维和三维情况欧几里德空间,简称为欧氏空间(也可以称为平直空间),在数学中是对欧几里德所研究的2维和3维空间的一般化。这个一般化把欧几里德对于距离、以及相关的概念长度和角度,转换成任意数维的坐标系。

数学里的空间、平面是什么?

物理空间概念的延伸和抽象。如欧几里得空间、双曲空间、黎曼空间、各种函数空间和拓扑空间等等。它们反映了人们对空间结构各种属性认识的发展。

最早的数学空间概念是欧几里得空间。它来源于对空间的直观,反映了空间的平直性、均匀性、各向同性、包容性、位置关系(距离)、三维性,乃至无穷延伸性、无限可分性、连续性等方面的初步认识。但在很长时期里,人们对空间的理解只局限于欧几里得几何学的范围,认为它与时间无关。19世纪20年代,非欧几何的出现突破了欧几里得空间是唯一数学空间的传统观念。非欧几里得几何的空间概念具有更高的抽象性,它与欧几里得空间统一成常曲率空间,而常曲率空间又是黎曼空间的特殊形式。19世纪中叶,G.F.B.黎曼还引进流形概念。这些概念不仅对物理空间的认识起了很大作用,而且也大大丰富了数学中的空间概念。 平面定义:

平面是一个只描述而不定义的最基本概念,是由显示生活中(例如镜面、平静的水面等)的实物抽象出来的数学概念,但又与这些实物有根本的区别,既具有无限延展性(也就是说平面没有边界),又没有大小、宽窄、薄厚之分。平面的这种性质与直线的无限延展性又是相通的。

19世纪末20世纪初,人们给出了维数的拓扑定义,并对函数空间的度量性质进行深入研究,从而产生了一系列重要的数学空间概念,特别是一般的拓扑空间概念。20世纪30年代后,数学中的各种空间在数学结构的基础上得到统一处理,人们对各种数学空间获得较完善的认识,并随着对物理空间认识的深入以及数学研究的发展,从代数、几何、拓扑方面推广各种数学上的空间观念。在代数方面对空间概念的推广主要来源于解析几何的产生和发展。几何对象(点、线等)与数组结成对应关系,使人们可以对空间进行精确的定量描述。这样便容易把坐标三数组推广到坐标 n数组(向量),其所对应的空间即为 n维线性空间或向量空间。这种空间从维数上对欧几里得空间做了推广,但抽去了欧几里得空间中的距离概念。实数域上的线性空间通常可以推广到一般域上,特别是有限域上的线性空间成了只有有限多个点的空间,其空间的连续性也被舍弃了。从代数和几何方面,可以把空间推广成仿射空间和射影空间。射影空间可通过几何方法或坐标方法把无穷远点和无穷远线包括在内。另外,也可以通过数组、相空间、状态空间等等使各种空间成为物理学乃至其他科学处理运动的直观模型。

空间的更抽象形式是拓扑空间。由于拓扑结构反映点与点之间的亲疏远近关系,因而在拓扑空间中欧几里得空间的距离和向量空间的向量长度这些概念都被舍弃了。

人们对各种数学空间的研究,反映了人们从局部、粗浅的直观到更深刻地认识空间的各种属性的过程。例如,拓扑学的发展,使人们对空间的维数、连续性、开闭性、空间的有边和无边以及空间的定向都有了更深入、更本质的理解。流形的研究对于空间的有限与无限、局部与整体的认识也产生了飞跃。流形概念是空间概念的重要发展。它从局部上看是欧几里得空间,但从整体上看可以有各种形式。它可开可闭,可有边可无边。这种深刻的认识对于物理空间的研究有着推动作用。例如,闵可夫斯基空间是狭义相对论的数学模型,黎曼空间则成为广义相对论的数学模型(见相对论)。

数学上的欧式空间是什么意思

设V是一个非空集合,P是一个数域,在集合V的元素之间定义一种代数运算,叫做加法;这就是说,给出了一个法则,对于V中任意两个元素@和#,在V中都有唯一的一个元素$与他们对应,称为@与#的和,记为$=@+#.在数域P与集合V的元素之间还定义了一种运算,叫做数量乘法;这就是说,对于数域P中任一数k与V中任一元素@,在V中都有唯一的一个元素$与他们对应,称为k与@的数量乘积,记为$=k@.如果加法与乘法还满足下述规则,那么V称为数域P上的线性空间.

加法满足下面四条规则:

1)@+#=#+@;

2)(@+#)+$=@+(#+$)

3)在V中有一元素O,对于V中任一元素@都有

@+O=@

(具有这个性质的元素O称为零元素)

4)对于V中每一个元素@,都有V中的元素#,使得

@+#=O

(#称为@的负元)

数量乘法满足下面两条规则:

5)1@=@;

6)k(l@)=(kl)@.

数量乘法和加法满足下面两条规则:

7)(k+l)@=k@+l@;

8)k(@+#)=k@+k#.

在以上规则中,k,l等表示数域P中的任意数;@,#,$等表示集合V中任意元素.

设V是实数域R上一线性空间,在V上定义了一个二元实函数,称为内积,记作(@,#),它具有以下性质:

1)(@,#)=(#,@);

2)(k@,#)=k(@,#);

3)(@+#,$)=(@,$)+(#,$);

4)(@,@)>=0,当且仅当@=0时(@,@)=0.

这里@,#,$是V中任意的向量,k是任意实数,这样的线性空间V称为欧几里得空间.

参考资料: 《高等代数》(第三版)

数学中空间的定义

我想LZ说的是向量空间吧

向量空间(vectorspace),线性代数概念,解析几何中平面V2,空间V3的推广。在取定坐标系后,平面上的点可由实数对(a,b)表示,空间的点可由三元实数组(a,b,c)表示。推广之,考虑数域F的n元数组集 Fn={(a1,…,an)|ai∈F,i=1,2,…,n},Fn对矩阵的加法及数乘做成的代数系称为F上的一个n维向量空间或n维线性空间,Fn中的元素称为向量。类似于在V3的任一坐标系下,每个向量有唯一的坐标,Fn中每个向量a=(a1,…,an)可由e1=(1,0,…,0),e2=(0,1,…,0),…,en=(0,0,…,1)唯一地表示:a=a1e1+…+anen。e1,…,en称为Fn的一个基,n称为Fn的维数,(a1,…,an)称为a关于基e1,…,en的坐标。向量空间的定义还可以一般化,若V是一个非空集合,V有加法,数域F对V有数乘法,且这两种运算满足一定条件,则称V是F上的向量空间,V的元素称为向量。若a1,…,an,β∈V,l1,…,ln∈F,β=l1α1+…+lnan,则称β可由a1,…,an线性表示,若存在不全为0的l1,…,ln,使l1a1+…+lnan,为零向量,则称a1,…,an线性相关,否则,称a1,…,an线性无关。若V中每个向量可由a1,…,an唯一地表示,则称a 1,…,an为V的一个基,n称V的维数。F上每个n维向量空间与Fn有相同的代数性质,即它们同构。向量空间讨论向量间线性关系,子空间及空间分解等。数学中凡讨论线性问题时,可利用向量空间的观点。

所以可以有很多空间