Тензоры. Что может быть проще? - страница 11

При этом для такого взаимодействия векторов и ковекторов нам не нужно ничего знать о системах координат и компонентах. Мы чертим их на плоскости и смотрим, какое количество стопок пробивает вектор и в каком направлении он это делает. Это количество пройденных насквозь линий и является значением функции ковектора на данном векторе. Если направление вектора и ковектора противоположны, то значение функции будет отрицательным, если вектор идёт вдоль линии ковектора, то он не пробивает ни одной из них, а значит, значение равно нолю.

Взаимодействие векторов и ковекторов демонстрируют линейность этих объектов как функций и оправдывают название «дуальных объектов».

Легко в этой интерпретации узреть и линейность данного рода взаимодействий. Всё в точности как в алгебраических формулах, те же результаты для ковекторов и векторов с заданными компонентами. Умножение ковектора на число приводит к увеличению плотности линий, и, поглощая вектор, он вызывает пробитие стрелкой иного количества линий, что приводит к иному результату. Отлично работает и описанное нами ранее геометрическое сложение ковекторов. Непосредственно и наглядно давая полученные из алгебры строк и столбцов результаты.

В связи со всем этим ковекторы можно называть полноценными дуальными объектами. Обычно это обозначают, ставя звёздочку у соответствующего множества (пространства) V векторов, намекая на то, что это уже пространство дуальных к ним ковекторов V*.

Напомним, что есть такая штука, как линейное векторное пространство. Это когда у вас есть куча объектов, которые можно складывать и умножать на числа. Главное, чтобы эти операции можно было менять местами (коммутативность), чтобы они не зависели от порядка выполнения (ассоциативность) и чтобы в наборе имелись ноль и единица. При этом сами объекты могут быть любыми: не только векторы, но и матрицы, функции или ковекторы.

Базисные ковекторы и разложение по ним.

Но раз ковекторы дуальны векторам, а векторы имеют компоненты в некотором базисе, то и для ковекторов можно ввести базис. В качестве такового можно взять любые линейно независимые ковекторы. То есть набор таких ковекторов, каждый из которых нельзя выразить как комбинацию остальных. Линейная независимость является расширением понятия неколлинеарности и некомпланарности на случай большего числа измерений, чем 2 и 3. Но если у нас есть ортонормированный базис векторов, каждый из которых имеет единичную длину и ортогонален остальным, то ему можно сопоставить дуальный, или, как ещё говорят, сопряжённый базис. Он будет уникален для каждого такого набора базисных векторов. Для его получения выбирают такие ковекторы, которые, съедая базисные векторы, выдают в качестве значения либо ноль, либо единицу. Выбрав такие объекты, мы сможем разложить любой ковектор как линейную комбинацию базисных.