如果 是某向量空間的基,那么可通過下列做法找到該向量空間中的 個兩兩正交的向量 :
1 二維平面
下面以在 中尋找兩個正交的向量為例,來解釋下施密特正交化是如何推導出來的。
1.1 思路
讓我們從思路說起,比如想尋找 中的兩個正交向量,需要先知道 的一個基,也就是下圖中的兩個向量:
只要將其中一個向量對另外一個向量進行投影,就可以完成正交化:
下面來進行代數推導,假設基為 :
任選其一作為 ,比如選 :
將 向 進行投影,其垂線就是要求的 :
如果知道了 的投影:
那么根據向量減法的幾何意義可知: 其中的投影向量可以如下計算: (上述的計算是這樣的, 根據點積的定義有:
所以:
2.1 任意的平面
之前的推導是在 中完成的,實際上該結論在任意平面上也是成立的,比如已知三維向量空間中某平面以及它的基 ,下面是示意圖:
如果想在該平面中找到兩個正交的向量,那么根據施密特正交化,可算出:
可以分兩步來驗算:
(1)驗算 和 是否正交。計算兩者點積:
(2)驗算 和 是否在 和 的張成空間中。根據施密特正交化的計算方法:
下面是在 中尋找三個兩兩正交的向量的例子,這樣可以進一步理解施密特正交化的推導。
3.1 思路
思路還是很簡單,比如想尋找 中的三個兩兩正交向量,需要先知道 的一個基,也就是下圖中的三個向量:
先按照之前介紹的,將其中任意兩個向量正交化:
然后向這兩個正交向量的張成空間作垂線,從而得到三個正交向量:
下面來進行代數推導,假設基為 、 和 :
任選兩個向量,按照之前介紹的將其中任意兩個向量正交化,得到 和 :
再將 作 張成平面的垂線就得到 :
要求出 只需要知道 的投影:
然后根據向量減法的幾何意義可知: 從幾何上可以看出,該投影向量是由 在 上的投影向量和 在 上的投影向量線性組合而成:
即: