Разложение вектора в ортогональном базисе
Рассмотрим базис пространства Rn, в котором каждый вектор ортогонален остальным векторам базиса:
Ортогональные базисы хорошо известны и широко используются на плоскости и в пространстве (рис. 12.2). Базисы такого вида удобны прежде всего тем, что координаты разложения произвольного вектора определяются по весьма простой процедуре, не требующей трудоемких вычислений.
Действительно, пусть требуется найти разложение произвольного вектора в ортогональном базисе (12.13). Составим разложение этого вектора с неизвестными пока координатами разложения в данном базисе:
Умножим обе части этого равенства, представляющие собой векторы, на вектор 1. В силу свойств 2 и 3 скалярного произведения векторов имеем
Однако в силу взаимной ортогональности векторов базиса (12.13) все скалярные произведения векторов базиса, за исключением первого, равны нулю, т.е. коэффициент α1 определяется по формуле
Умножая поочередно равенство (12.14) на другие базисные векторы, мы получаем простую формулу для вычисления коэффициентов разложения вектора :
Нетрудно видеть, что соотношения (12.15) имеют смысл, поскольку |i| ≠ 0.
Отметим особо частный случай ортогонального базиса, когда все векторы в (12.13) имеют единичную длину (|i| = 1), или нормированы по своей длине. В таком случае базис называют ортонормированным и координаты разложения (12.15) имеют наиболее простой вид: