7 חלק ℝ מרחבים וקטוריים מעל
Transcription
7 חלק ℝ מרחבים וקטוריים מעל
חלק 7 מרחבים וקטוריים מעל ℝ נסתכל בשלוש הקבוצות הבאות : קבוצה של כל -nיות סדורות של מספרים ממשיים. קבוצה של כל מטריצות מסדר עם איברים ממשיים. קבוצה של כל הפולינומים ממעלה nומטה עם מקדמים ממשיים. עם כל ההבדל בין איברים של קבוצות השונות (למשל בין פולינומים למטריצות),יש משהו משותף לשלושת הקבוצות והוא:בכל קבוצה אפשר לחבר שני איברים ולקבל איבר של אותה קבוצה,ואיבר מכל קבוצה אפשר להכפיל במספר ממשי(סקלר) והתוצאה גם תהיה איבר של אותה קבוצה.ז"א,בכל קבוצה משלושת הקבוצות האלה ,מוגדרות פעולות חיבור וכפל בסקלר עם תכונות מסוימות. הגדרה .קבוצה לא ריקה Vנקראת מרחב וקטורי מעל ℝואיברים שלה נקראים ,ולכל מוגדר סכום וכו') אם לכל וקטורים(סימון מוגדר u Vכך שמתקיים : , .1 .2 .3קיים וקטור אפס .4לכל כך שלכל קיים וקטור נגדי מתקיים ,כך ש: .5 .6 .7 1 u u .8לכל 1 ,מקיימות את התנאים ולכן קל לראות ,כי כל אחת מהקבוצות מרחבים וקטוריים מעל .ℝ דוגמאות נוספות .1נסמן ב – ] C[a,bקבוצת פונקציות ) f(xרציפות על קטע ].[a,bידוע ,כי סכום של שתי פונקציות רציפות גם פונקציה רציפה וכפל פונקציה רציפה במספר – גם פונקציה רציפה על ].[a,bקל לראות גם ,כי התנאים 1-8של הגדרת מרחב וקטורי ,מתקיימים.לכן ] C[a,bמרחב וקטורי מעל .ℝ קבוצת פולינומים ממעלה 1עם פעולות .2נסמן ב – חיבור וכפל בסקלר רגילות V.היא תת קבוצה של וקטורי מעל ?ℝ אם ניקח שני וקטורים מ – : V .האם Vמרחב ,אז נקבל (הקבוצה Vלא סגורה כלפי חיבור) .לכן Vלא מרחב וקטורי. קבוצת מספרים ממשיים חיוביים.נגדיר ב V-פעולות .3נסמן ב- חיבור וכפל בסקלר באופן הבא : נגדיר א.לכל ב.לכל . נגדיר הוכח ,כי Vעם פעולות חיבור וקטורים וכפל בסקלר כאלה,מרחב וקטורי מעל (ℝבדיוק תנאי ההגדרה). דוגמה 2מעלה שאלה חושבה :מתי תת-קבוצה של מרחב וקטורי תהיה גם מרחב וקטורי? הגדרה .אם Uתת-קבוצה לא ריקה של מרחב וקטורי V ו U -מרחב וקטורי מעל ℝביחס לאותם פעולות חיבור וקטורים וכפל וקטור בסקלר הקיימים ב – , Vאז Uנקרא תת-מרחב של .V משפט (בוחן תת-מרחב). תת-קבוצה לא ריקה Uשל מרחב וקטורי Vתהיה תת-מרחב אם ורק אם יתקיימו שני התנאים : .1לכל גם .2לכל (סגירות כלפי חיבור) גם (סגירות כלפי כפל בסקלר). דוגמאות .1מרחב וקטורי הוא תת-מרחב של .2לכל מרחב וקטורי Vתת-קבוצות . ו V -הן תתי-מרחבים של .Vתתי-מרחבים אלו נקראים טריוויאלים. .3 תת מרחב של 2 .נבדוק זאת לפי משפט בוחן תת מרחב. אם ,אז ו- ולכן א. ,כי ב. (סגירות כלפי חיבור). ,כי אם להסתכל על (סגירות כלפי כפל בסקלר). כעל מרחב וקטורים גיאומטרים של מישור עם מערכת צירים ,אז – U ,העובר בראשית הצירים.אולם ,במרחב וקטורי תת קבוצה של נקודות בישר כל תת מרחב לא טריוויאלי הוא קבוצת נקודות של ישר,העובר דרך ראשית ,ובמרחב וקטורי משמעות גיאומטרי של תתי-מרחבים הלא טריוויאלים –ישרים,העוברים בראשית וגם מישורים העוברים בראשית.הסבר מדויק נקבל בהמשך. .4 תת קבוצה של מטריצות סימטריות במרחב וקטורי מטריצות ריבועיות מסדר nהיא תת מרחב ,כי אם א. ,אז (סגירות כלפי חיבור). ב. (סגירות כלפי כפל בסקלר). .5 כי למשל ל – לא תת מרחב של נקבל . משפט .קבוצת פיתרונות של ממ"ל הומוגנית תת מרחב של ,כאשר Aמטריצה מסדר , mxnהיא . הוכחה.נוכיח לפי משפט בוחן תת מרחב .אם ,אז מתקיים .1 .2 של ,לכן ולכן - ולכן - . . לפי המשפט מקבלים ,כי Uתת מרחב של . בסיס ומימד צירוף ליניארי.פרישה.קבוצה יוצרת. 3 הגדרה .וקטור uנקרא צירוף ליניארי של וקטורים u1 ,, u n Vאם קיימים מספרים 1 ,, n Rכך ש. u 1u1 n u n : דוגמה.בדוק ,האם וקטורים ) v (1,0,1ו u (2,3,4) -הם צירופים ליניארית של . u 2 (0,1,2), u1 (1,1,3) R 3 פתרון .נבדוק האם קיימים . , Rכך ש u (2,3,4) (1,1,3) (0,1,2) : מקבלים מערכת משוואות כלפי נעלמים , 2 3 3 2 4 ופתרון של מערכת משוואת קיימת . 1, 2 :לכן u ,צירוף ליניארי של . u1 ,u 2 כאשר ננסה למצוא מספרים , כך ש v u1 u 2 :נגיע למערכת : 1 0 3 2 1 שאין לה פתרונות ולכן Vלא צירוף ליניארי של . u1 ,u 2 בדוגמה הזאת ראינו,כי במרחב וקטורי Vלא בהכרח כל הוקטורים הם צירופים ליניאריים של וקטורים נתונים . u1 ,, u n Vקבוצת וקטורים שהם כן צירופים ליניאריים של u1 ,, u n Vמסמנים Sp{u1 ,u n } : משפט.אם } S {u1 ,u nקבוצה סופית לא ריקה של וקטורים מ – , Vאז } un Sp(S ) Sp{u1 ,תת מרחב של מרחב וקטורי . V הוכחה.לפי המשפט "בוחן תת מרחב" מספיק לבדוק כי ) Sp(Sסגורה כלפי חיבור וכפל בסקלר.נניח,כי ) u , v Sp(Sו – , Rאז קיימים 1 ,, n Rו 1 ,, n R - כך ש : u 1u1 n u n v 1u1 n u n לכן } u v (1 1 )u1 ( n n )u n Sp{u1 ,u n 4 } u (1 )u1 ( n )u n Sp{u1 ,u n U Sp{u1 ,מרחב(תת מרחב) וקטורי,אז אומרים כי Uנפרש ע"י קבוצה הגדרה.אם } un } S {u1 ,u nאו קבוצה Sפורשת(יוצרת) את .Uבמקרה כזה אומרים גם ,כי Uנוצר סופית (סיבה S :קבוצה סופית של וקטורים). דוגמאות .1האם מרחבים וקטורים M mn , Pn [x] , R nנוצרו סופית? אם כן,תן דוגמה לקבוצה יוצרת(פורשת). פתרון נסתכל על קבוצת וקטורים )e1 (1,0, ,0 )e2 (0,1, ,0 )en (0,0, ,1 מ . R n -קל לראות כי x ( x1 , x2 ,, xn ) x1e1 x2 e2 xn en לכן } R n Sp{e1 ,en R nנוצר סופית ו – } {e1 ,enקבוצה פורשת. למרחב פולינומים ] Pn [xגם קל לראות ,כי Pn [ x] Sp{x n , x n1 ,,1) : ז"א ] Pn [xנוצר סופית ו – ),1 ( x n , x n1 ,קבוצה פורשת. כדי לבדוק מרחב וקטורי M mnמטריצות מסדר , m nניקח למשל . M 22 1 0 0 1 0 0 0 0 , u 2 , u3 , u 4 קל לראות ,כי מטריצות u1 0 0 0 0 1 0 0 1 הם קבוצה פורשת את מרחב . M 22באמת לכל M 22 u1 u 2 u 3 u 4 5 נקבל לכן } M 22 Sp{u1 , u 2 , u3 , u 4 באותה הדרך למרחב וקטורי M mnאפשר למצוא קבוצה סופית של מטריצות,פורשות את המרחב.לכן גם M mnמרחב נוצר סופית. .2נסמן ב P[x] -מרחב וקטורי של כל הפולינומים ממעלה טבעית כלשהי או אפס. האם ] P[xמרחב נוצר סופית? פיתרון .נניח ,כי ] P[xמרחב נוצר סופית.לפי הגדרה ,ז"א כי קיימים פולינומים ) p1 ( x),, pn ( xכך ש – })P[ x] Sp{ p1 ( x),, pn ( x נסמן ב – mמעלה מקסימאלית של פולינומים האלה.אז מעלה של פולינום )p( x) 1 p1 ( x) n pn ( x לא יכולה להיות גדולה מ – .mלכן לא קיימים מספרים 1 ,, n Rכך ש-למשל ) n pn ( x xm1 1 p1 ( x) אבל ] , x m1 P[ xלכן ההנחה כי }) P[ x] Sp{ p1 ( x),, pn ( xלא נכונה ו P[x] -לא נוצר סופית. שים לב .למרחב וקטורי נוצר סופית } V Sp{u1 ,u nהקבוצה הפורשת } {u1 ,u nמכילה מספר סופי וקטורים,ומרחב הנפרש Vמכיל (חוץ ממקרא טריביאלי } ) V {0אינסוף וקטורים.למשל }) . R 2 Sp{(1,0), (0,1בקבוצה הפורשת יש 2וקטורים ) u1 (1,0), u 2 (0,1בלבד ,ובקבוצה הנפרשת נמצאים כל וקטורי המישור. לסיום של הפרק,נגדיר שני מרחבים וקטורים הקשורים למטריצה נתונה Aמסדר . m nאם : a11 a1n R1 A A1 An a m1 a mn Rm כאשר כרגיל R1 ,, Rmמסמן שורות ו A1 ,, An -מסמן עמודות של , Aאז שורות הן וקטורים מ R n -ועמודות הן וקטורים מ. R m -מרחב וקטורי } ( Sp{R1 ,, Rmתת מרחב של ) R nנקרא מרחב שורות של מטריצה Aומרחב וקטורי } ( Sp{ A1 ,, Anתת מרחב של ) R m נקרא מרחב עמודות של .Aשני המרחבים האלה,לפי הגדרה,נוצרים סופית.משמעות ותכונות של מרחב שורות ומרחב עמודות של מטריצה יתבררו בהמשך. 6 תלות ואי תלות ליניארי.בסיס של מרחב וקטורי. נניח,כי Vמרחב וקטורי הנוצר ע"י קבוצה פורשת של nוקטורים } : {u1 ,u n } V Sp{u1 ,u n קבוצה הזאת היא כמובן לא קבוצה יחידה שפורשת את .Vהשאלות שנתרכז בהן בפרק זה הן : מהו מספר המינימאלי של וקטורים בקבוצה פורשת את ,Vמה התנאי ,שקבוצה פורשת את V עם מספר מינימאלי של וקטורים צריכה לקיים ואיך לבנות קבוצה כזאת. נתחיל בדוגמה. ניקח שני וקטורים , u 2 , u1 Vכאשר Vמרחב וקטורי .וקטור השלישי ניקח בכוונה צירוף ליניארי של u 2 ,u1למשל . u3 u 2 u1נסמן ב U-מרחב וקטורי הנפרש ע"י הקבוצה } {u1 , u 2 , u3 } U Sp{u1 , u 2 , u3 ונבדוק כי בעצם Uנפרש ע"י u 2 ,u1בלבד ,כלומר } Sp{u1 , u 2 } Sp{u1 , u 2 , u3 כל צירוף ליניארי של וקטורים } {u1 , u 2הוא גם צירוף ליניארי של } , {u1 , u 2 , u3כי . u1 u 2 u1 u 2 0 u3לכן } Sp{u1 , u 2 } Sp{u1 , u 2 , u3 כדי להראות את ההפך ניקח } u Sp{u1 , u 2 , u3נקבל כי קיימים , , Rכך ש : u u1 u2 u3 u1 u2 (u1 u2 ) ( )u1 ( )u2 לכן } . u Sp{u1 , u 2ז"א } . Sp{u1 , u 2 } Sp{u1 , u 2 , u3 וסופית } . Sp{u1 , u 2 } Sp{u1 , u 2 , u3 אפשרות לקצר קבוצה יוצרת של Uמ 3-וקטורים ל 2-וקטורים קיבלנו בגלל שווקטור השלישי הוא צירוף ליניארי של שניים הראשונים.אותו הדבר היינו מקבלים גם במקרה שווקטור u 2הוא צירוף ליניארי של u 3 ,u1ובמקרה ש u1 -צירוף ליניארי של . u 3 ,u 2בכל מקרה ,וקטור מקבוצה יוצרת שהוא צירוף ליניארי של וקטורים אחרים בקבוצה,אפשר להוריד מהקבוצה היוצרת מבלי לשנות את המרחב הנפרש. איך ניתן לכתוב בצורה מתמטית תנאי שווקטור אחד מהקבוצה הוא צירוף ליניארי של אחרים ? 7 הגדרה.קבוצה לא ריקה של וקטורים } {u1 ,u nנקראת תלויה ליניארית(ת"ל) אם קיימים מספרים 1 ,, n Rלא כולם שווים לאפס כך ש . 1u1 n u n 0 - טענה .וקטור אחד מהקבוצה } {u1 ,u nהוא צירוף ליניארי של אחרים אם ורק אם הקבוצה } {u1 ,u nת"ל. הוכחה .נניח ,כי אחד מהוקטורים של הקבוצה } , {u1 ,u nלמשל - u1צירוף ליניארי של אחרים.ז"א כי קיימים מספרים 2 , , n Rכך ש u1 2 u 2 n u n :אבל מכאן נובע ,כי (1) u1 n u n 0ולא כל המקדמים שווים ל( 0-למשל ,מקדם של u1שווה ל .)-1 -לכן קבוצה } {u1 ,u nת''ל. אם ,להפך ,הקבוצה } {u1 ,u nת''ל ,אז ,לפי הגדרה ,קיימים מספרים 1 ,, n Rלא כולם שווים ל , 0-כך ש. 1u1 n u n 0 - n אם למשל , 1 0אז נקבל u 1 n 2 u 1 2 u1 או u1 2 u 2 n u nכאשר . i 2,, n, i iז"א u1 ,צירוף ליניארי של 1 . u 2 ,, u n אנחנו רואים כי אם מרחב וקטורי נוצר סופית ו V Sp{u1 ,u n } - אז אפשר לקצר מספר וקטורים בקבוצה יוצרת } {u1 ,u nמבלי לשנות את המרחב שנפרש אם הקבוצה ת"ל ואי אפשר אם היא לא ת"ל(בלתי תלויה ליניארית). הגדרה.קבוצה לא ריקה של וקטורים } {u1 ,u nנקראת בלתי תלויה ליניארית(בת"ל),אם מ 1u1 n u n 0 -נובע ,כי . 1 2 n 0 1 0 1 1 0 2 , , דוגמה.הוכח כי קבוצה } 3 2 0 1 1 0 {בת"ל. 1 0 1 1 0 2 0 0 0 הוכחה.נניח ,כי 3 2 0 1 1 0 0 0 2 0 0 אז 2 0 0 או 8 3 0 2 0 3 0 2 0 לממ"ל הזאת יש פתרון יחיד , 0לכן ,לפי הגדרה ,הקבוצה 1 0 1 1 0 2 , , } {בת"ל. 3 2 0 1 1 0 אם Vמרחב של וקטורים גיאומטריים R 2או , R 3אז לתלות ואי תלות של קבוצות וקטורים יש משמעות גיאומטרית. .1אם u 0, v 0 , u , v Vו {u , v} -ת"ל,אז ,לפי הטענה ,אחד מהוקטורים u , vצירוף ליניארי של הווקטור השני .ז"א,קיים מספר כך ש . u vבמקרה של וקטורים גיאומטריים מקבלים כי u , vמקבלים .לכן ,זוג של וקטורים גיאומטריים תלוי ליניארית אם הוקטורים מקבילים ובת"ל אם הם לא מקבילים. במקרה של שלושה וקטורים u , v , w Vהשונים מווקטור האפס,מאותה הטענה נובע,כי קבוצה } {u , v , wת"ל אם ורק אם אחד מהווקטורים למשל , uצירוף ליניארי של . v , wז"א . , R , u v wמהגדרה גיאומטרית של חיבור וקטורים וכפל בסקלר נובע,כי u נמצא במישור של vו ( w -וקטורים u , v , wקומפלנאריים ) .לכן,קבוצה של שלושה וקטורים גיאומטריים ת"ל אם ורק אם הוקטורים קומפלנאריים . דוגמה .בדוק האם קבוצות }) S1 {(1,1,0), (0,2,1ו S 2 {(1,1,0), (0,2,1), (1,3,2)} - תלויות ליניאריות. פתרון. 0 2 1 בקבוצה S1וקטורים ) u (1,1,0ו v (0,2,1) -לא מקבילים ,כי 1 1 0 בת"ל. ולכן S1 כדי לבדוק את S 2נחשב דטרמיננטה 1 1 0 2 1 0 1 0 2 1 1 1 1 (4 3) 1 (0 1) 0 3 2 1 2 1 3 2 ז"א הווקטורים ) u (1,1,0), v (0,2,1), w (1,3,2קומפלנאריים ולכן קבוצה S 2ת"ל. 9 הגדרה(.בסיס של מרחב וקטורי).קבוצת וקטורים } B {u1 ,u nשל מרחב וקטורי V נקראת בסיס של המרחב אם : א .קבוצה Bפורשת את . V Sp{u1 ,u n } : V ב .קבוצה } B {u1 ,u nבת"ל. תנאי "א" בהגדרה אומר ,כי כל וקטור מ – Vהוא צירוף ליניארי של וקטורים . u1 ,u n תנאי "ב" אומר כי בקבוצה יוצרת } {u1 ,u nאין וקטורים מיותרים (אם נוציא וקטור מהקבוצה אז שאר הווקטורים לא יפרשו את .) V דוגמאות .1מרחב וקטורי . R n כבר ראינו קודם ,כי אם נסמן )e1 (1,0, ,0 )e2 (0,1, ,0 )en (0,0, ,1 אז } . R n Sp{e1 ,, enקל לראות גם ,כי קבוצה } {e1 ,, enבת"ל.לכן קבוצה זאת – בסיס של מרחב . R nהבסיס הזה נקרא בסיס סטנדרטי של R nויש בו nוקטורים. .2מרחב ] - Pn [xפולינומים ממעלה nומטה. ראינו ,כי ). Pn [ x] Sp{x n , x n1 ,,1נוכיח ,כי הקבוצה ) {x n , x n1 ,,1בת"ל. אם 0 1 0 n xn n1 xn1 אז p( x) n x n ... 0 0עבור כל מספר .xאבל לפולינום ) p(xיכול להיות יותר מ – nשורשים רק אם כל המקדמים שוום ל – .0לכן n n1 0 0וקבוצה ) {x n , x n1 ,,1בת"ל.ז"א ) {x n , x n1 ,,1בסיס של ] . Pn [xהוא גם נקרא בסיס סטנדרטי של ] Pn [xויש בו n+1וקטורים. .3מרחב M mnמטריצות מסדר . m nבמרחב הזה קבוצת וקטורים(מטריצות) 0 0 , i 1,, m. j 1,, n 0 0 0 0 0 eij 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 11 כאשר רק בחיתוך של שורה iעם עמודה jעומד מספר 1וכל שאר האיברים של המטריצה אפסים,היא גם קבוצה יוצרת וגם בת"ל ולכן בסיס של . M mnהבסיס נקרא בסיס סטנדרטי של M mnומכיל m nוקטורים. שתי שאלות הבאות שאנחנו נתרכז הן :לאיזה מרחבים וקטורים קיים בסיס (סופי) והאם בשני בסיסים שונים של אותו מרחב וקטורי יתכן מספר שונה של וקטורים. תשובות לשאלות אלה נקבל מהמשפטים הבאים. משפט.יהיה Vמרחב וקטורי נוצר סופית,אז ל – Vיש בסיס. הוכחה .אם Vמרחב וקטורי נוצר סופית ,אז קיימת קבוצה סופית של וקטורים } {u1 ,u n כך ש: } V Sp{u1 ,u n אם הקבוצה בת"ל אז זה הבסיס.אם הקבוצה } {u1 ,u nת"ל אז ,לפי הטענה ,אחד מהוקטורים של הקבוצה הוא צירוף ליניארי של אחרים .נניח למשל כי u nצירוף ליניארי של }1מ , {u1 ,uאז ,כמו שהוכחנו קודם ,נקבל }1מ V Sp{u1 ,u n } Sp{u1 ,u ועכשיו ,אם }1מ {u1 ,uבת"ל ,אז זה בסיס ואם לא ,נחזור ונוציא עוד וקטור אחד מהקבוצה.נמשיך בתהליך עד שנגיע לקבוצה שהיא יוצרת את Vוגם בת"ל.היא הבסיס של .V משפט. יהיה Vמרחב וקטורי ו – Bבסיס של Vהמכיל mוקטורים .אז: א .כל קבוצת וקטורים ב – Vבה יש יותר מ – mוקטורים תלויה ליניארית. ב .כל קבוצת וקטורים ב – Vבה יש פחות מ – mוקטורים איננה פורשת את .V ג .כל קבוצה בת"ל בעלת mוקטורים פורשת את ( Vבסיס). ד .כל קבוצה בעלת mוקטורים שפורשת את Vהיא בת"ל(בסיס). ה .בכל בסיס של Vיש בדיוק mוקטורים. נוכיח למשל את סעיף "א" : אם } B {u1 ,u mבסיס נתון של Vו S {v1 ,vn } -קבוצת וקטורים ב – , n>m , Vאז כל וקטור מ S -הוא צירוף ליניארי של וקטורים מ – ) V Sp{u1 ,u m } ( B 11 ז"א קיימים aij Rכך ש : v1 a11u1 a1m u m v 2 a 21u1 a 2 m u m v n a n1u1 a nmu m נחפש מספרים x1 , xnכדי לקיים . x1v1 xn vn 0נקבל : x1v1 xn vn x1 (a11u1 a1m u m ) xn (an1u1 anmu m ) anm xn )um 0 an1 xn )u1 (a1m x1 (a11 x1 קבוצה } {u1 ,u mבת"ל (בסיס) ,לכן צריך להתקיים : an1 xn 0 a11 x1 anm xn 0 a1m x1 מערכת המשוואות הזאת היא ממ"ל הומוגנית של nנעלמים x1 , xnו – mמשוואות.נתון כי , n>mלכן ,לפי משפט ,למערכת יש פתרון לא טריביאלי.ז"א ,קיימים מספרים לא כולם שווים ל – x1 , xn , 0שהם פתרון של המערכת ולכן מתקיים . x1v1 xn vn 0 קיבלנו כי } {v1 ,vnת"ל. המשפט אומר כי לכל בסיס של מרחב וקטורי Vיש אותו מספר וקטורים . הגדרה .יהי Vמרחב וקטורי.מספר וקטורים בבסיס של Vנקרא מימד של מרחב .Vנסמן המימד.dimV - דוגמאות : .1מהדוגמאות הקודמות נובע ,כי dim R n n dim Pn [ x] n 1 dim M mn m n .2נתונים שלשוה וקטורים ) u1 (1,1), u 2 (1,1), u3 (4,7של : R 2 א .האם הקבוצה } {u1 , u 2 , u3ת"ל? ב.האם הקבוצה } {u1 , u 2בסיס של מרחב ? R 2 12 פתרון. א .מימד של R 2שווה ל, 2-לכן ,לפי משפט ,כל קבוצת וקטורים ב R 2 -שיש בה יותר מ 2 -וקטורים היא ת"ל .מכאן } {u1 , u 2 , u3ת"ל. 1 1 ב .וקטורים u1ו u 2 -לא מקבלים ,כי .לכן הקבוצה } {u1 , u 2בת"ל. 1 1 , dim R 2 2ז"א ,לפי משפט ,כל קבוצה שיש בה 2וקטורים ובת"ל היא בסיס.לכן } {u1 , u 2בסיס של . R 2 מסקנות נוספות מהמשפט. .1אם Uתת מרחב של מרחב וקטור , Vאז: אdim U dim V . ב dim U dim V .אם ורק אם .U=V .2אם , dim V nאז מספר איברים בכל קבוצה בת"ל קטן או שווה ל – ,nומספר האיברים בכל קבוצה הפורשת את Vגדול או שווה ל – .n 13 דף עבודה 7 .הוכח או הפרך את הטענות הבאות : א. תת מרחב של תת מרחב של ב. ג. ד. . תת מרחב של תת מרחב של . . . תת מרחב של ה. תת מרחב של ו. .2נסמן ב – Vמרחב וקטורי . . מטריצות ריבועיות מסדר .3הוכח או הפרך את הטענות הבאות : תת מרחב של .V א. תת מרחב של .V ב. ג. תת מרחב של .V ד. תת מרחב של .V תת מרחב של .V ה. .3הראה,כי קבוצת כל הפתרונות(פתרון כללי) של מערכת , mxnתת מרחב של אם ורק אם ,כאשר Aמטריצה מסדר . .הראה ,כי ) Im(Aתת מרחב .4למטריצה Aמסדר mxnנסמן של .5הסבר למה אם מרחב וקטורי }, V {0אז ב – Vיש אינסוף וקטורים שונים. .6נתון v1 (1,0,1), v2 (2,1,3), v3 (4,2,6) :ו. w (3,1,2) - א .האם } ? w {v1 , v2 , v3כמה וקטורים בקבוצה } ? {v1 , v2 , v3 ב .כמה וקטורים בקבוצה } ? Sp{v1 , v2 , v3 ג .האם } ? w Sp{v1 , v2 , v3 14 .7שרטט ב R 3 -תת מרחבים הנפרשים ע"י הקבוצות הבאות : א{(1,3,2), (2,6,4), (3,9,6)} . ב{(4,0,0), (0,5,0), (1,1,0)} . ג{(1,0,0), (1,1,0), (1,1,1)} . .8נתון כי 4 1 7 v1 3 , v 2 9 , v3 11 7 2 6 ו . H Sp{v1 , v2 , v3 } -ניתן לבדוק כי . 4v1 5v2 3v3 0מצא את הבסיס של (.Hיש יותר מתשובה אחת). .9הוכח או הפרך את הטענות : א .אם } {v1 ,vnו {v1 ,vn , w} -שתי תת קבוצות של מרחב וקטורי , Vאז } Sp{v1 ,vn } Sp{v1 ,vn , wאם ורק אם וקטור wהוא צירוף ליניארי של } . {v1 ,vn ב.קבוצה } {vבת"ל עבור כל וקטור . v ג.אם } , H Sp{u1 ,u mאז } {u1 ,u mבסיס של .H ד.אם Aמטריצה מסדר m nו – Hמרחב שורות של , Aאז dim H n .11נתון כי ) v1 (1,2,3), v2 (2,7,9האם } {v1 , v2בסיס של ? R 3 האם } {v1 , v2בסיס של ? R 2 S 1 0 .11נסמן H S | S R , v1 0 , v 2 1 כל וקטור מ – Hהוא צירוף 0 0 0 S 1 0 ליניארי של } , {v1 , v2כי S S 0 S 1 :האם } {v1 , v2בסיס של ? H 0 0 0 15 .12נסמן Mמרחב וקטורי של כל מטריצות ריבועיות מסדר .nמצא בסיס ומימד של תתי מרחבים הבאים : א.תת מרחב של מטריצות סקלריות. ב.תת מרחב של מטריצות אלכסוניות. ג.תת מרחב של מטריצות סימטריות. ד.תת מרחב של מטריצות אנטי-סימטריות. .13קבוצת וקטורים הנמצאים במישור x 2 y z 0היא תת מרחב Hשל . R 3מצא את הבסיס של .H 16