非标准内积下正交补的基变换问题:G'=R^TGR求解疑问
嘿,这个问题其实戳中了基变换下内积与正交补的核心逻辑,我来给你拆解明白:
首先得明确:子空间的正交补是由向量之间的内积关系定义的集合,和你用哪个基来描述这些向量无关。标准基下的子空间$W = \langle u \rangle$,它的正交补$W^\perp$是所有满足$\langle v, u \rangle = 0$的向量$v$构成的集合——这个集合本身不会因为你换了极基就改变,变的只是我们用极基坐标来描述$W$和$W^\perp$时对应的方程形式。
具体来说,假设从标准基到极基的变换矩阵是$R$(即极基的每个向量在标准基下的坐标是$R$的列),那么:
- 标准基下的向量坐标$x$和极基下的坐标$x'$满足$x = R x'$
- 极基下的内积矩阵$G' = R^T G R$,这是半双线性形式在基变换下的标准变换规则
标准基下$W\perp$的方程是$vT G u = 0$,把$v = R v'$、$u = R u'$代入后,就得到$(R v')^T G (R u') = v'^T (R^T G R) u' = v'^T G' u' = 0$——这就是极基下$W^\perp$的方程,本质上和标准基下的方程描述的是同一个向量集合。
答案是肯定的,原因很简单:矩阵$G'$是专门对应极基坐标的内积矩阵,它只能和极基下的坐标向量搭配使用。
你提到标准基下解方程$u.G = 0$(这里应该是指用$u$的标准基坐标行向量左乘$G$,得到的条件对应正交补),但如果要换成$G'$来计算,必须先把$u$的坐标转换成极基下的形式:
- 设$u$的标准基坐标为$u_{\text{std}}$,极基坐标为$u_{\text{polar}}$,那么$u_{\text{std}} = R u_{\text{polar}}$,所以$u_{\text{polar}} = R^{-1} u_{\text{std}}$
- 用极基坐标的$u_{\text{polar}}$代入方程$u_{\text{polar}}.G' = 0$,解出来的是极基下$W^\perp$的坐标向量
- 如果需要回到标准基,只需要把解出的极基坐标乘以$R$即可
要是直接拿标准基下的$u_{\text{std}}$去乘$G'$,得到的结果没有任何几何意义——因为坐标向量和矩阵的“坐标系”不匹配,就像用米尺的读数去套英尺的刻度一样,完全对不上。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Zuzana Mitterová

