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为什么向量不能比较大小

(2024-03-25 14:41:14)
标签:

教育

历史

文化

分类: 教育理论
为什么向量不能比较大小

在数学中,我们把既有大小又有方向的量叫做向量。我们物理中学过的矢量,其实就是数学中的向量。教材中举出的例子如力、位移、速度等。
根据向量的概念我们知道,任何一个向量必是同时具备两个要素:大小和方向,也即长度和方向。因为方向间没有大小关系,不能比较大小。所以所有的向量间都不能比较大小。所以,我们在课后题的判断题中遇到两个向量间比较大小的式子,都是错误的。
我们知道长度是数学中的“数量”,所有数量间都可以比较大小。于是,虽然向量间不能比较大小,但是所有向量的“模”(向量的长度)都可以比较大小。表示一个向量的模,只要在这个向量外面加上绝对值符号。

由于向量还包含一个方向属性,尝试比较两个向量的“大小”在没有具体定义的情况下是没有意义的。

向量空间只定义了加法和数乘两种运算,没有别的运算。你之所以会有这个问题,是因为你站在线性空间之外,把不属于线性空间的知识点来考虑问题。举一个例子,比如你被围在围墙里面(上面是空的,可以看到蓝天白云),出不来了,急的在打转转。但如果鸟有思维,就会说,这个人好笨,怎么不飞出去啊!
另外比较大小,涉及到数学中的“序”的结构,而任何一种数学结构都必须是自治的,即不能矛盾。而在线性空间中无法定义一种无矛盾的"序"结构。如果你只在同向向量中定义序结构,同向向量构成的集合(是一个线性子空间)太小,在实际应用中无法推广,所以即使你想考虑大小,也没有什么意义。

向量不能比较大小,即两个向量不能做"除法"运算。

如果你想比,那当然可以自定义这个大小关系(可以了解偏序关系)。比如取单位向量u,则对任意的a=xu和b=yu,a≤b当且仅当x≤y。自己定义新概念并不是什么不可取的事情,但只有能被实际应用的概念才会被大众所知。这个定义和在数轴上比大小没什么本质区别,所以没必要单独拿出来定义。

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