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과학

정규직교 기저

정규직교 기저과학
영어
Orthonormal basis
서로 다른 벡터
내적이 0
각 벡터의 노름
1
적용 공간
내적 공간
정규직교 기저는 내적 공간에서 서로 다른 기저 벡터의 내적이 0이고 각 벡터의 노름이 1인 기저다. 유한 차원에서는 벡터의 성분과 정사영을 내적으로 간단히 계산할 수 있게 한다.

직교와 정규화

서로 직교한다는 조건만으로 벡터의 길이가 1이 되는 것은 아니다. 예를 들어 보통의 평면 내적에서 (2, 0)과 (0, 3)은 서로 직교하지만 정규직교 기저는 아니다. 두 벡터를 각각 자신의 길이로 나누면 (1, 0)과 (0, 1)이 되어 정규직교 조건을 만족한다.

평면에서의 예

보통의 내적을 쓰는 실수 평면에서 (1/√2, 1/√2)와 (−1/√2, 1/√2)는 서로 내적이 0이고 노름이 1이다. 두 벡터는 평면 전체의 기저를 이룬다. 좌표축 방향과 나란하지 않아도 정규직교 기저가 될 수 있다.

성분을 구하는 방법

유한 차원 실수 내적 공간의 정규직교 기저를 e₁부터 eₙ까지라고 하면 벡터 v의 각 계수는 v와 eᵢ의 내적이다. 따라서 v = Σ⟨v, eᵢ⟩eᵢ로 나타낼 수 있다. 일반적인 기저에서는 같은 방식으로 내적만 계산해 계수를 읽을 수 있는 것은 아니다.

어느 공간의 기저인가

정규직교 벡터들의 집합은 선형 독립이지만 더 큰 공간 전체를 생성하지 않을 수도 있다. 실수 3차원 공간에서 (1, 0, 0)과 (0, 1, 0)은 정규직교 집합이며 xy평면의 기저지만 3차원 공간의 기저는 아니다. 직교성뿐 아니라 생성하는 공간을 함께 확인해야 한다.

관련 문서

기저 (선형대수학) / 내적 공간 / 내적 / 선형 독립 / 정사영 / 직교행렬