[科普中国]-半线性映射

概念

半线性映射是线性映射概念的推广。设V与V′分别是域P与P′上的线性空间，ρ为P与P′的同构，若V与V′的映射φ满足条件：1

1.对任意α，β∈V有φ(α+β)=φ(α)+φ(β);

2.对任意α∈V，a∈P有φ(aα)=aφ(α);

则称φ为关于ρ的半线性映射，其中a表示ρ(a)。当V=V′，P=P′时，φ称为半线性变换。当P=P′且ρ是恒等同构时，φ就是线性映射。

线性映射线性映射亦称同态或线性同态。线性代数的中心内容和基本概念之一。是同一域上两个线性空间V与W之间具有线性性质的映射，即V到W的映射φ，若对任意α，β∈V，k∈P，满足条件：

1.φ(α+β)=φ(α)+φ(β);

2.φ(kα)=kφ(α);

则称φ为V到W的线性映射，或称为线性算子。把V中每一元素映射成W中零元素的映射是线性映射，称为零映射。若φ是双射，则称φ为V与W的线性同构，同时称φ为线性空间的同构映射。建立了线性同构的两个线性空间，称为同构的线性空间。当W=P时，V到P的线性映射也称为线性函数。

域P上线性空间V到W的全体线性映射的集合，记为HomP(V，W)。在HomP(V，W)中可以引入加法与纯量乘法，若对任意的φ，ψ∈HomP(V，W)，任意α∈V，k∈P，规定：

φ+ψ： (φ+ψ)(α)=φ(α)+ψ(α)，

kφ： (kφ)(α)=kφ(α)，2

则HomP(V，W)构成域P上的线性空间。

线性空间线性空间亦称向量空间。它是线性代数的中心内容和基本概念之一。设V是一个非空集合，P是一个域。若：

1.在V中定义了一种运算，称为加法，即对V中任意两个元素α与β都按某一法则对应于V内惟一确定的一个元素α+β，称为α与β的和。

2.在P与V的元素间定义了一种运算，称为纯量乘法(亦称数量乘法)，即对V中任意元素α和P中任意元素k，都按某一法则对应V内惟一确定的一个元素kα，称为k与α的积。

3.加法与纯量乘法满足以下条件：

1) α+β=β+α，对任意α，β∈V.

2) α+(β+γ)=(α+β)+γ，对任意α，β，γ∈V.

3) 存在一个元素0∈V，对一切α∈V有α+0=α，元素0称为V的零元.

4) 对任一α∈V，都存在β∈V使α+β=0，β称为α的负元素，记为-α.

5) 对P中单位元1，有1α=α(α∈V).

6) 对任意k，l∈P，α∈V有(kl)α=k(lα).

7) 对任意k，l∈P，α∈V有(k+l)α=kα+lα.

8) 对任意k∈P，α，β∈V有k(α+β)=kα+kβ，

则称V为域P上的一个线性空间，或向量空间。V中元素称为向量，V的零元称为零向量，P称为线性空间的基域.当P是实数域时，V称为实线性空间。当P是复数域时，V称为复线性空间。例如，若V为三维几何空间中全体向量(有向线段)构成的集合，P为实数域R，则V关于向量加法(即平行四边形法则)和数与向量的乘法构成实数域R上的线性空间。又如，若V为数域P上全体m×n矩阵组成的集合Mmn(P)，V的加法与纯量乘法分别为矩阵的加法和数与矩阵的乘法，则Mmn(P)是数域P上的线性空间。V中向量就是m×n矩阵。再如，域P上所有n元向量(a1，a2，…，an)构成的集合P对于加法：(a1，a2，…，an)+(b1，b2，…，bn)=(a1+b1，a2+b2，…，an+bn)与纯量乘法：λ(a1，a2，…，an)=(λa1，λa2，…，λan)构成域P上的线性空间，称为域P上n元向量空间。

同构两个数学系统(例如两个代数系统)，当它们的元素及各自所定义的运算一一对应，并且运算结果也保持一一对应，则称这两个系统同构，记为≌。它们对于所定义的运算，具有相同的结构。例如，十进制数与二进制数是同构的。

建立同构关系的映射，称为同构映射。例如，当映射为一一映射，并且对应元素关于运算保持对应时，就是同构映射。

同构是数学中最重要的概念之一。在很多情况，一个难题往往可以化成另一个同构的、似乎与它不相关的、已经解决的问题，从而使原问题方便地得到解决。虽然数学发展得越来越复杂，但利用同构概念，不仅使数学得到简化，而且使数学变得越来越统一。表面上似乎不同，但本质上等价的结果，可以用统一的形式表达出来。例如，如果四色定理得到了证明，其他数学分支中与它同构的几十个假设，也同时得到了证明。3