Đại số cơ bản - Bài 18: Không gian vectơ Euclide

ĐẠI SỐ CƠ BẢN
(ÔN THI THẠC SĨ TOÁN HỌC)
Bài 18. Không gian vectơ Euclide
PGS TS Mỵ Vinh Quang
Ngày 10 tháng 3 năm 2006
1 Các khái niệm cơ bản
1.1 Tích vô hướng và không gian vectơ Euclide
Định nghĩa. Cho V là không gian vectơ trên R. Một tích vô hướng trên V là một ánh xạ
〈 , 〉 : V × V → R
(α, β) 7→ 〈α, β〉
thỏa các điều kiện sau: với mọi α, α1, α2 ∈ V , β ∈ V với mọi a ∈ R,
i) 〈α1 + α2, β〉 = 〈α1, β〉+ 〈α2, β〉
ii) 〈aα, β〉 = a〈α, β〉
iii) 〈α, β〉 = 〈β, α〉
iv) 〈α, α〉 ≥ 0
〈α, α〉 = 0 khi và chỉ khi α = 0.
Chú ý rằng, do tính chất i), ii). Khi cố định vectơ β ∈ V , tích vô hướng là một ánh xạ tuyến
tính đối với biến thứ nhất. Do tính chất đối xứng (giao hoán) iii), ta dễ dàng suy ra khi cố định
α ∈ V , thì tích vô hướng là một ánh xạ tuyến tính đối với biến thứ 2, tức là: α, β, β1, β2 ∈ V ,
a ∈ R ta có:
i’) 〈α, β1 + β2〉 = 〈α, β1〉+ 〈α, β2〉
ii’) 〈α, aβ〉 = a〈α, β〉
Định nghĩa
Không gian vectơ trên R, trong đó có thêm một tích vô hướng được gọi là không gian vectơ
Euclide.
Chú ý
Từ tính chất tuyến tính của tích vô hướng theo từng biến (tính chất i, ii, i’, ii’), ta dễ dàng
có các công thức sau:
• 〈0, α〉 = 〈α, 0〉 = 0 với mọi α ∈ V .
1
• Giả sử α =
m∑
i=1
aiαi, β =
n∑
j=1
bjβj thì:
〈α, β〉 =
〈
m∑
i=1
aiαi,
n∑
j=1
bjβj
〉
= aibj
m∑
i=1
n∑
j=1
〈αi, βj〉
1.2 Các ví dụ
1. Cho V = Rn, ∀α = (x1, . . . , xn), β = (y1, . . . , yn) ∈ V , ta định nghĩa:
〈α, β〉 = x1y1 + · · ·+ xnyn =
n∑
i=1
xiyi
Đây là một tích vô hướng trên Rn và (Rn, 〈 , 〉) là một không gian vectơ Euclide.
2. Cho V = C[a, b] là không gian vectơ các hàm số thực liên tục trên [a, b]. Với mọi f(x),
g(x) thuộc C[a, b] ta định nghĩa:
〈f(x), g(x)〉 =
∫ b
a
f(x)g(x)dx
Đây là một tích vô hướng trên C[a, b] và (C[a, b], 〈 , 〉) là một không gian vectơ Euclide.
1.3 Độ dài và góc
1. Định nghĩa. Cho E là không gian vectơ Euclide. Với mỗi vectơ α ∈ E, độ dài của vectơ
α, ký hiệu là ‖α‖, là số thực không âm, xác định như sau:
‖x‖ =
√
〈x, x〉
2. Các ví dụ
(a) E = Rn, x = (x1, . . . , xn) ∈ Rn thì ‖x‖ =
√
x21 + · · ·+ x2n
(b) E = C[a, b], f(x) ∈ C[a, b] thì ‖f(x)‖ =
∫ b
a
[f(x)]2dx
3. Một vài tính chất cơ bản
Trong không gian vectơ Euclide E, ta có:
• ‖α‖ = 0⇔ α = 0 và a ∈ R, ‖aα‖ = |a|.‖α‖
• Bất đẳng thức Bunhiacốpxki
∀α, β ∈ E, |〈α, β〉| ≤ ‖α‖.‖β‖
Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi các vectơ α, β phụ thuộc tuyến tính.
Chứng minh
– Nếu β = 0, bất đẳng thức hiển nhiên đúng.
– Nếu β 6= 0 thì tam thức bậc hai:
f(t) = 〈β, β〉t2 − 2〈α, β〉t+ 〈α, α〉 = 〈α− tβ, α− tβ〉 ≥ 0 với mọi t ∈ R.
Do đó, ∆′f ≤ 0⇔ 〈α, β〉2 − 〈α, α〉〈β, β〉 ≤ 0⇔ |〈α, β〉| ≤ ‖α‖.‖β‖
2
• Bất đẳng thức tam giác
∀α, β ∈ E, ‖α‖ − ‖β‖ ≤ ‖α+ β‖ ≤ ‖α‖+ ‖β‖
Chứng minh. Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacốpxki, ta có:
‖α+ β‖2 = 〈α+ β, α+ β〉
= 〈α, α〉+ 2〈α, β〉+ 〈β, β〉
≤ ‖α‖2 + ‖α‖‖β‖+ ‖β‖2 = (‖α‖+ ‖β‖)2
Do đó, ‖α+ β‖ ≤ ‖α‖+ ‖β‖
Do chứng minh trên, ta có:
‖α‖ = ‖(α+ β) + (−β)‖ ≤ ‖α+ β‖+ ‖ − β‖ = ‖α+ β‖+ ‖β‖
Do đó, ‖α‖ − ‖β‖ ≤ ‖α+ β‖
4. Góc giữa hai vectơ
• Cho E là không gian vectơ Euclide. Ta gọi góc giữa hai vectơ khác không α, β ∈ E
là số thực ϕ ∈ [0, pi] xác định bởi:
cosϕ =
〈α, β〉
‖α‖.‖β‖
Cần chú ý rằng do bất đẳng thức Bunhiacốpxki,
∣∣∣∣ 〈α, β〉‖α‖.‖β‖
∣∣∣∣ ≤ 1 nên góc giữa hai
vetơ khác không α, β ∈ E xác định và duy nhất.
• Hai vectơ α, β ∈ E gọi là trực giao, ký hiệu α ⊥ β nếu 〈α, β〉 = 0.
Nếu α, β 6= 0 thì α ⊥ β ⇔ góc giữa chúng là ϕ = pi
2
• Công thức Pitago
∀α, β ∈ E,α ⊥ β ⇔ ‖α+ β‖2 = ‖α‖2 + ‖β‖2
Thật vậy, ∀α, β ∈ E, ta có:
‖α+ β‖2 = 〈α+ β, α+ β〉
= 〈α, α〉+ 2〈α, β〉+ 〈β, β〉
= ‖α‖2 + ‖β‖2 + 2〈α, β〉
Do đó, ‖α+ β‖2 = ‖α‖2 + ‖β‖2 ⇔ 〈α, β〉 = 0⇔ α ⊥ β
2 Hệ trực giao, hệ trực chuẩn, cơ sở trực giao, cơ sở trực
chuẩn
2.1 Các khái niệm cơ bản
Ta nhắc lại rằng hai vectơ α, β của không gian vectơ Euclide E gọi là trực giao, ký hiệu
α ⊥ β nếu 〈α, β〉 = 0.
3
• Hệ vectơ α1, . . . , αm ∈ E gọi là hệ trực giao nếu chúng đôi một trực giao, nghĩa là
αi ⊥ αj ∀i 6= j.
Một cơ sở của E mà là hệ trực giao, gọi là cơ sở trực giao của E.
• Vectơ α ∈ E gọi là trực giao với tập con A ⊂ E nếu α trực giao với mọi vectơ của A. Khi
đó ta ký hiệu α ⊥ A.
• Hệ vectơ α1, . . . , αm ∈ E gọi là hệ trực chuẩn nếu chúng là hệ trực giao và mỗi vectơ αi
là vectơ đơn vị (nghĩa là độ dài của αi, ‖αi‖ = 1).
Như vậy, hệ vectơ α1, . . . , αm ∈ Elà hệ trực chuẩn khi và chỉ khi
〈αi, αj〉 = δij =
{
0 nếu i 6= j
1 nếu i = j
Một cơ sở của E mà là hệ trực chuẩn, gọi là cơ sở trực chuẩn của E.
• Nếu α1, . . . , αm là một hệ trực giao, không chứa vectơ không của E thì hệ:
u1 =
α1
‖α1‖ , u2 =
α2
‖α2‖ , . . . , um =
αm
‖αm‖
là một hệ trực chuẩn của E.
Phép biến đổi trên ta gọi là phép trực chuẩn hóa một hệ vectơ trực giao.
Nếu α1, . . . , αm là cơ sở trực giao của E thì trực chuẩn hóa cơ sở đó, ta sẽ được một cơ
sở trực chuẩn của E.
Chú ý rằng, một hệ vectơ trực giao không chứa vectơ không thì độc lập tuyến tính. Chứng
minh điều này khá đơn giản, xin dành cho bạn đọc.
2.2 Trực giao hóa một hệ vectơ độc lập tuyến tính (phương pháp
Gram-Schmidt
• Trực giao hóa
Trong không gian Euclide E cho hệ vectơ độc lập tuyến tính α1, α2, . . . , αm. Khi đó, hệ
vectơ:
β1 = α1
β2 = α2 − 〈α2, β1〉〈β1, β1〉β1
...
βm = αm −
m−1∑
i=1
〈αm, βi〉
〈βi, βi〉 βi
là hệ vectơ trực giao, độc lập tuyến tính trong E, và 〈α1, . . . , αm〉 = 〈β1, . . . , βm〉
Phép chuyển từ hệ vectơ α1, . . . , αm sang hệ vectơ trực giao β1, . . . , βm như trên gọi là
phép trực giao hóa hệ vectơ α1, . . . , αm.
• Chú ý
4
– Nếu α1, . . . , αm là cơ sở của không gian vectơ con U của không gian vectơ Euclide
E, (U = 〈α1, . . . , αm〉), trực giao hóa hệ vectơ α1, . . . , αm ta được hệ vectơ trực giao
β1, . . . , βm và U = 〈α1, . . . , αm〉 = 〈β1, . . . , βm〉.
Do đó, β1, . . . , βm chính là cơ sở trực giao của U .
– Từ chú ý trên, một không gian Euclide E luôn có cơ sở trực chuẩn.
Thật vậy, để tìm cơ sở trực chuẩn của E, đầu tiên ta tìm một cơ sở α1, . . . , αm bất
kỳ của E, sau đó trực giao hóa cơ sở trên ta được cơ sở trực giao β1, . . . , βm của E.
Cuối cùng, trực chuẩn hóa cơ sở trực giao β1, . . . , βm, ta sẽ được cơ sở trực chuẩn
u1, . . . , um của E.
Cũng lưu ý bạn đọc rằng, trong quá trình trực giao hóa hệ vectơ α1, . . . , αm, để đơn giản
cho quá trình tính toán, ta có thể thay vectơ βi bởi một vectơ tỷ lệ với βi. Sau đây là
một ví dụ:
• Ví dụ
Trong không gian vetơ Euclide R4, cho không gian vectơ con U sinh bởi các vectơ:
α1 = (0, 1, 0, 1)
α2 = (0, 1, 1, 0)
α3 = (1, 1, 1, 1)
α4 = (1, 2, 1, 2)
(U = 〈α1, α2, α3, α4〉)
Tìm một cơ sở trực chuẩn của U .
Giải
Để tìm cơ sở trực chuẩn của U , đầu tiên ta tìm một cơ sở của U . Hệ con độc lập tuyến
tính tối đại của α1, α2, α3, α4 là một cơ sở của U . Từ đó ta có α1, α2, α3 là một cơ sở của
U .
Tiếp theo, trực giao hóa hệ vectơ α1, α2, α3 để được một cơ sở trực giao của U .
Ta có:
β1 = α1 = (0, 1, 0, 1)
β2 = α2 − 〈α2, β1〉〈β1, β1〉β1 = (0, 1, 1, 0)−
1
2
(0, 1, 0, 1) =
(
0,
1
2
, 1,−1
2
)
Để phép tính tiếp theo đơn giản hơn, ta có thể chọn β2 = (0, 1, 2,−1).
β3 = α3− 〈α3, β1〉〈β1, β1〉β1
〈α3, β2〉
〈β2, β2〉β2 = (1, 1, 1, 1)−
2
2
(0, 1, 0, 1)− 2
6
(0, 1, 2,−1) =
(
1,−1
3
,
1
3
,
1
3
)
Để đơn giản, ta có thể chọn β3 = (3,−1, 1, 1).
Vậy cơ sở trực giao của U là:
β1 = (0, 1, 0, 1)
β2 = (0, 1, 2,−1)
β3 = (3,−1, 1, 1)
Trực chuẩn hóa cơ sở trực giao β1, β2, β3, ta được cơ sở trực chuẩn của U là:
5
e1 =
(
0,
1√
2
, 0,
1√
2
)
e2 =
(
0,
1√
6
,
2√
6
,
−1√
6
)
e3 =
(
3
2
√
3
,
−1
2
√
3
,
1
2
√
3
,
1
2
√
3
)
3 Hình chiếu trực giao và đường trực giao
3.1 Định lý - Định nghĩa
Cho E là không gian vectơ Euclide, và U là không gian vectơ con của E. Khi đó mỗi vectơ
α ∈ E đều viết được duy nhất dưới dạng:
α = α′ + β
trong đó α′ ∈ U và β ⊥ U .
Vectơ α′ gọi là hình chiếu trực giao của vectơ α lên U , còn β = α − α′ là đường trực giao
hạ từ α xuống U .
Chứng minh
Giả sử e1, . . . , ek là một cơ sở trực chuẩn của U . Vì α
′ ∈ U nên α′ có dạng:
α′ = x1e1 + · · ·+ xkek
Ta cần tìm x1, . . . , xk để β = α− α′ ⊥ U .
β = α− α′ ⊥ U ⇔ α− α′ ⊥ ej, ∀j = 1, 2, . . . , k
⇔ 〈α− α′, ej〉 = 0
⇔ 〈α, ej〉 − 〈α′, ej〉 = 0
⇔ 〈α, ej〉 −
〈 k∑
i=1
xiei, ej
〉
= 0
⇔ 〈α, ej〉 − xj = 0
⇔ xj = 〈α, ej〉
Vậy vectơ α′ xác định duy nhất bởi
α′ =
k∑
j=1
〈α, ej〉.ej
trong đó e1, . . . , ek là một cơ sở trực chuẩn của U , còn vectơ β xác định bởi β = α− α′.
3.2 Cách tìm hình chiếu trực giao
Cho không gian vectơ Euclide E, và U là không gian vectơ con của E. Cho vectơ α ∈ E.
Để tìm hình chiếu trực giao của vectơ α lên U , ta có thể tìm bằng hai cách sau:
6
1. Cách 1. Tìm một cơ sở trực chuẩn e1, e2, . . . , ek của U . Khi đó hình chiếu trực giao α
′ của
vectơ α xác định bởi công thức:
α′ = 〈α, e1〉.e1 + 〈α, e2〉.e2 ++ · · ·+ 〈α, ek〉.ek
2. Giả sử u1, . . . , uk là cơ sở bất kỳ của U . Vì α
′ ∈ U nên α′ = x1u1 + · · · + xkuk. Ta cần
tìm x1, . . . , xk để vectơ α− α′ ⊥ U .
α− α′ ⊥ U
⇔ α− α′ ⊥ uj với j = 1, 2, . . . , k
⇔ 〈α′, uj〉 = 〈α, uj〉
⇔ x1〈u1, uj〉+ x2〈u2, uj〉+ · · ·+ xk〈uk, uj〉 = 〈α, uj〉
Lần lượt cho j = 1, 2, . . . , k, ta có x1, . . . , xk là nghiệm của hệ phương trình sau:
〈u1, u1〉x1 + 〈u2, u1〉x2 + · · ·+ 〈uk, u1〉xk = 〈α, u1〉
〈u1, u2〉x1 + 〈u2, u2〉x2 + · · ·+ 〈uk, u2〉xk = 〈α, u2〉
...
〈u1, u1〉xk + 〈u2, uk〉x2 + · · ·+ 〈uk, uk〉xk = 〈α, uk〉
(∗)
Như vậy, để tìm hình chiếu α′ của α lên U , ta cần tìm một cơ sở u1, . . . , uk của U , sau
đó lập hệ phương trình (∗). Giải hệ (∗) ta sẽ có nghiệm duy nhất (x1, . . . , xk). Khi đó:
α′ = x1u1 + · · ·+ xkuk.
Ví dụ
Trong không gian Euclide R4 cho không gian vectơ con U sinh bởi các vectơ:
α1 = (0, 1, 0, 1)
α2 = (0, 1, 1, 0)
α3 = (1, 1, 1, 1)
α4 = (1, 2, 1, 2)
(U = 〈α1, α2, α3, α4〉)
Tìm hình chiếu trực giao của vectơ x = (1, 1, 0, 0) lên U .
Giải
Cách 1 :
Đầu tiên ta tìm một cơ sở trực chuẩn của U . Ở ví dụ trước ta đã tìm được một cơ sở trực
chuẩn của U là:
e1 =
(
0,
1√
2
, 0,
1√
2
)
e2 =
(
0,
1√
6
,
2√
6
,
−1√
6
)
e3 =
(
3
2
√
3
,
−1
2
√
3
,
1
2
√
3
,
1
2
√
3
)
Do đó, hình chiếu trực giao của x là:
x′ = 〈x, e1〉e1 + 〈x, e2〉e2 + 〈x, e3〉e3
=
1√
2
e1 +
1√
6
e2 +
1√
3
e3
7
=(
1
2
,
1
2
,
1
2
,
1
2
)
Cách 2 :
Đầu tiên tìm một cơ sở của U . Dễ thấy α1, α2, α3 là một cơ sở của U . Sau đó lập hệ phương
trình dạng (∗).
Ta có:
〈α1, α1〉 = 2
〈α2, α1〉 = 1
〈α3, α1〉 = 2
〈x, α1〉 = 1
〈α2, α2〉 = 2
〈α3, α2〉 = 2
〈x, α2〉 = 1
〈α3, α3〉 = 4
〈x, α3〉 = 2
Do đó, hệ phương trình (∗) trong trường hợp này có dạng:
2x1 + x2 + 2x3 = 1
x1 + 2x2 + 2x3 = 1
2x1 + 2x2 + 4x3 = 2
Đây là hệ Cramer, giải hệ này ta có x1 = 0, x2 = 0, x3 =
1
2
. Do đó, hình chiếu trực giao
của vectơ x là:
x′ = 0α1 + 0α2 +
1
2
α3 =
(
1
2
,
1
2
,
1
2
,
1
2
)
3.3 Định nghĩa
Cho U là không gian vectơ con của không gian Euclide E và α là vectơ thuộc E. Khi đó
góc giữa hai vectơ α và hình chiếu trực giao α′ cũng được gọi là góc giữa vectơ α và không gian
con U .
Độ dài của đường thẳng trực giao β = α − α′ từ α đến U gọi là khoảng cách từ vectơ α
đến U .
4 Phép biến đổi trực giao và phép biến đổi đối xứng
4.1 Hai không gian Euclide đẳng cấu
Cho hai không gian vectơ Euclide E1 với tích vô hướng 〈 , 〉1 và E2 với tích vô hướng 〈 , 〉2.
Ta nói E1 đẳng cấu với E2, ký hiệu E1 ∼= E2 nếu tồn tại đẳng cấu giữa hai không gian vectơ
f : E1 → E2 thỏa:
∀α, β ∈ E1, 〈α, β〉1 = 〈f(α), f(β)〉2
Quan hệ đẳng cấu là một quan hệ tương đương và ta có kết quả sau:
Định lý. Hai không gian Euclide đẳng cấu khi và chỉ khi chúng có cùng số chiều.
8
Chứng minh
Nếu E1 ∼= E2 thì theo định nghĩa E1, E2 là các không gian vectơ đẳng cấu nên
dimE1 = dimE2.
Ngược lại, giả sử dimE1 = dimE2 = n và α1, . . . , αn (α), β1, . . . , βn (β) lần lượt là cơ
sở trực chuẩn của E1 và E2. Khi đó tồn tại ánh xạ tuyến tính f : E1 → E2, f(αi) = βi,
i = 1, 2, . . . , n. Vì f biến cơ sở thành cơ sở nên f là đẳng cấu không gian vectơ. Ta chứng minh
〈x, y〉1 = 〈f(x), f(y)〉2.
Thật vậy, ∀x, y ∈ E1, ta có:
x =
n∑
i=1
xiαi
y =
n∑
j=1
yiαj
Khi đó:
〈x, y〉1 =
〈∑
xiαi,
∑
yjαj
〉
1
=
∑
i,j
xiyj〈αi, αj〉1
=
n∑
i=1
xiyi
〈f(x), f(y)〉2 =
〈
f(
∑
xi, αi), f(
∑
yjαj)
〉
2
=
〈∑
xif(αi),
∑
yjf(αj)
〉
2
=
〈∑
xiβi),
∑
yjβj
〉
2
=
∑
xiyj〈βi, βj〉2
=
n∑
i=1
xiyi
Vậy 〈x, y〉1 = 〈f(x), f(y)〉2 và E1 ∼= E2.
4.2 Phép biến đổi trực giao
4.2.1 Ma trận trực giao
Ma trận vuông A gọi là ma trận trực giao nếu A−1 = At (At: ma trận chuyển vị của A).
4.2.2 Định nghĩa
Cho E là không gian vectơ Euclide. Một phép biến đổi tuyến tính f của E gọi là phép biến
đổi trực giao của E nếu f bảo toàn tích vô hướng, tức là:
∀α, β ∈ E, 〈α, β〉 = 〈f(α), f(β)〉
Dễ thấy, phép biến đổi trực giao là một song ánh vì:
f(α) = 0⇔ 〈f(α), f(α)〉 = 0⇔ 〈α, α〉 = 0⇔ α = 0
Tính chất cơ bản nhất của phép biến đổi trực giao được cho trong định lý sau.
9
4.2.3 Định lý
Cho f là phép biến đổi tuyến tính của không gian vectơ Euclide E. Khi đó các khẳng định
sau tương đương:
1. f là phép biến đổi trực giao.
2. f biến cơ sở trực chuẩn của E thành cơ sở trực chuẩn của E.
3. Ma trận của f trong một cơ sở trực chuẩn là ma trận trực giao.
Chứng minh
1)⇒ 2) Giả sử e1, . . . , en là cơ sở trực chuẩn của E. Khi đó:
〈ei, ej〉 = δij =
{
1 nếu i = j
0 nếu i 6= j
Vì f là phép biến đổi trực giao, nên:
〈f(ei), f(ej)〉 = 〈ei, ej〉 = δij =
{
1 nếu i = j
0 nếu i 6= j
Do đó, f(e1), . . . , f(en) là cơ sở trực chuẩn.
2)⇒ 3) Ma trận của f trong cơ sở trực chuẩn e1, . . . , en theo định nghĩa chính là ma trận đổi
cơ sở từ e1, . . . , en sang cơ sở trực chuẩn f(e1), . . . , f(en). Vì ma trận đổi cơ sở giữa hai
cơ sở trực chuẩn là ma trận trực giao (xem bài tập 10) nên ma trận của f trong cơ sở
trực chuẩn là ma trận trực giao.
3)⇒ 1) Giả sử e1, . . . , en (e) là cơ sở trực chuẩn của E và A = Af/(e) là ma trận trực giao
(At = A−1).
Với α, β ∈ E, α = a1e1 + · · ·+ anen, β = b1e1 + · · ·+ bnen
Khi đó,
〈α, β〉 = [α]t/(e) [β]/(e)
= [α]t/(e)I[β]/(e)
= [α]t/(e)A
−1A[β]/(e)
= [α]t/(e)A
tA[β]/(e)
= (A[α]/(e))
t (A[β]/(e))
= [f(α)]t/(e) .[f(β)]/(e)
= 〈f(α), f(β)〉
4.3 Phép biến đổi đối xứng
4.3.1 Định nghĩa
Cho E là không gian vectơ Euclide. Phép biến đổi tuyến tính f của E gọi là phép biến đổi
đối xứng nếu ∀α, β ∈ E : 〈f(α), β〉 = 〈α, f(β)〉.
10
4.3.2 Định lý
Một phép biến đổi tuyến tính của E là phép biến đổi đối xứng khi và chỉ khi ma trận của
f trong một cơ sở trực chuẩn là ma trận đối xứng.
Chứng minh
Giả sử f : E → E là phép biến đổi tuyến tính, ma trận của f trong cơ sở trực chuẩn
e1, . . . , en là A = [aij]. Khi đó:
f(ei) =
n∑
k=1
akiek
Với mọi i, j ta có:
〈f(ei), ej〉 =
〈 n∑
k=1
akiek, ej
〉
=
n∑
k=1
aki〈ek, ej〉 = aji
〈ei, f(ej)〉 =
〈
ei,
n∑
k=1
akjek
〉
=
n∑
k=1
akj〈ei, ek〉 = aij
• Nếu f là phép biến đổi đối xứng, thì 〈f(ei), ej〉 = 〈ei, f(ej)〉. Do đó, aji = aij. Vậy ma
trận A là ma trận đối xứng.
• Nếu ma trận A đối xứng, tức là aji = aij thì 〈f(ei), ej〉 = 〈ei, f(ej)〉 ∀i, j.
Nếu α =
n∑
i=1
xiei, β =
n∑
j=1
yjej của E thì:
〈f(α), β〉 = 〈∑ xif(ei),∑ yjej〉 =∑
i,j
xiyj〈f(ei), ej〉 =
∑
i,j
xiyj〈ei, f(ej)〉
=
〈∑
xiei,
∑
yjf(ej)
〉
= 〈α, f(β)〉
Vậy f là phép biến đổi đối xứng.
11