如果
是某
的
,那么可通过下列做法找到该
中的
个两两
的向量
:
该方法称为施密特正交化(Gram–Schmidt process)。
施密特正交化的几何意义是,比如已知中的某(下图中的蓝色平面)的为:
那么通过施密特正交化,可借助得到, 就是该的一个:
下面来解释下施密特正交化是如何推导出来的。
先来讲解下如何寻找二维的。
1.1 思路
先从特殊的二维说起。比如知道的一组,也就是下图中的两个:
只要将其中一个向量对另外一个向量进行投影,就可以得到的:
1.2 代数
下面来进行代数推导,假设为:
任选其一作为,比如选:
作出在所在直线的投影,连接和就得到要求的垂线向量:
容易求出(因为、和构成三角形,所以根据有。又投影和在一条直线上,两者,所以可假设:因此:
因为和,所以:
所以:
):
这样就得到了的一组:
1.3 总结
上述方法就是二维空间中的施密特正交化,可以总结如下:
上述推导过程并没有被限制在中,所以它也可以完成开头提到的在三维空间中的平面上寻找的任务:
再来看看如何寻找三维的。
2.1 思路
还是以特殊的三维为例。比如知道的一组,也就是下图中的三个:
先按照,将其中任意两个向量正交化:
然后向这两个向量的作垂线,从而得到三个正交向量,也就是的一组:
2.2 代数
下面来进行代数推导,假设为、和:
任选两个向量,按照将其中任意两个向量正交化,得到和:
作出在上的投影,连接和就得到要求的垂线向量:
容易求出(因为、和构成三角形,所以根据有。又投影在的上,所以是的,可假设:因此:
因为垂直于的,所以必然垂直于和,所以有:
注意到和,即有,根据上面的方程组可以分别推出:
所以:
):
这样就得到了的一组:
2.3 总结
上述方法就是三维空间中的施密特正交化,可以总结如下:
更高维度的情况以此类推,这里不再赘述。