הגדרות ומשפטים - אלון באומן – שיעורים פרטיים ומרתונים
Transcription
הגדרות ומשפטים - אלון באומן – שיעורים פרטיים ומרתונים
אלגברה לינארית – הגדרות ומשפטים פרק – 5מרחבים וקטורים א' הגדרה – 5.1מרחב וקטורי מרחב וקטורי הוא קבוצה של איברים יחד עם פעולת חיבור וכפל בסקלר המקיימים את התכונות הבאות: .1סגירות לחיבור – לכל 𝑉 ∈ 𝑦 𝑥,מתקיים 𝑉 ∈ 𝑦 .𝑥 +תכונות: א .לכל 𝑉 ∈ 𝑦 𝑥,מתקיים 𝑥 𝑥 + 𝑦 = 𝑦 + ב .לכל 𝑉 ∈ 𝑧 𝑥, 𝑦,מתקיים 𝑧 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 𝑥 + 𝑦 + ג .קיים איבר 0המקיים 𝑥 = 0 + 𝑥 = 𝑥 + 0לכל 𝑉 ∈ 𝑥 ד .לכל 𝑉 ∈ 𝑥 קיים איבר נגדי 𝑥 – המקיים – 𝑥 + 𝑥 = 𝑥 + – 𝑥 = 0 .2סגירות לכפל בסקלר – לכל 𝑉 ∈ 𝑥 ולכל 𝐹 ∈ αמתקיים 𝑉 ∈ 𝑥 .αתכונות: א .לכל 𝑉 ∈ 𝑥 ולכל שני סקלרים 𝐹 ∈ 𝛽 α,מתקיים: 𝑥𝛽 𝑎 = 𝑥 𝛽α ב .לכל 𝑉 ∈ 𝑦 𝑥,ולכל 𝐹 ∈ αמתקייםα 𝑥 + 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑎𝑦 : ג .לכל 𝑉 ∈ 𝑥 ולכל שני סקלרים 𝐹 ∈ 𝛽 α,מתקייםα + 𝛽 𝑥 = 𝑎𝑥 + 𝛽𝑦 : ד .לכל 𝑉 ∈ 𝑥 מתקיים– 1 𝑥 = −𝑥 : 1𝑥 = 𝑥 , מרחבים וקטורים נפוצים: .1 .2 .3 .4 𝑛– 𝑉 = ℝ 𝑛– 𝑉 = ℂ 𝐹 𝑛𝑥𝑚𝑉 = ℳ 𝑉 = 𝑃𝑛 ℝ המרחב האוקלידי ה 𝑛-מימדי מעל שדה המספרים הממשיים המרחב האוקלידי ה 𝑛-מימדי מעל שדה המספרים המרוכבים – מרחב המטריצות מסדר 𝑛𝑥𝑚 מעל שדה 𝐹 -מרחב הפולינומים ממעל קטנה שווה 𝑛 − 1מעל שדה המספרים הממשיים הגדרה – 5.2תת מרחב וקטורי יהי 𝑉 מרחב וקטורי .תהי 𝑊 תת קבוצה לא ריקה של 𝑉 .אז 𝑊 הוא תת מרחב של 𝑉 אם: א .לכל 𝑊 ∈ 𝑦 𝑥,מתקיים 𝑊 ∈ 𝑦 𝑥 + ב .לכל 𝑊 ∈ 𝑥 ולכל 𝐹 ∈ αמתקיים 𝑊 ∈ 𝑥α הגדרה – 5.3צירוים לינאריים יהי 𝑉 מרחב וקטורי ותהי 𝑘𝑥 𝑆 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,קבוצה של 𝑘 וקטורים מתוך 𝑉 .הוקטור 𝑉 ∈ 𝑥 נקרא צירוף לינארי של הקבוצה 𝑆 אם קיימים סקלרים 𝑘 α1 , α2 , … , αכך ש: 𝑘𝑥 𝑘𝑥 = α1 𝑥1 + α2 𝑥2 + ⋯ + α © באומן אלון – שיעורים פרטיים ומרתונים 054-5-290106 1 [email protected] טענה 5.4 יהי 𝑉 מרחב וקטורי ותהי 𝑘𝑥 𝑆 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,קבוצה של 𝑘 וקטורים מתוך 𝑉 .הקבוצה 𝐹 ∈ 𝑘 𝑊 = α1 𝑥1 + α2 𝑥2 + ⋯ + α𝑘 𝑥𝑘 |α1 , α2 , … , αהיא תת מרחב של 𝑉. תת מרחב זה מסומן 𝑆 𝑝𝑠 = 𝑊 ,ונאמר ש 𝑊 -הוא תת מרחב הנפרש ע"י הקבוצה 𝑆 ,והקבוצה 𝑆 פורשת את התת מרחב 𝑊. הגדרה – 5.5תלות לינארית תהי 𝑘𝑥 𝑆 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,קבוצה של 𝑘 וקטורים מתוך 𝑉 .נאמר ש 𝑆 -קבוצה תלויה לינארית (או שנאמר הוקטורים 𝑘𝑥 𝑥1 , 𝑥2 , … ,תלויים לינארית) אם קיימים סקלרים 𝑘 α1 , α2 , … , αכאשר לפחות אחד מהם שונה מאפס ,כך שα1 𝑥1 + α2 𝑥2 + ⋯ + α𝑘 𝑥𝑘 = 0 : הגדרה – 5.6אי תלות לינארית תהי 𝑘𝑥 𝑆 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,קבוצה של 𝑘 וקטורים מתוך 𝑉 .נאמר ש 𝑆 -קבוצה בלתי תלויה לינארית (או שנאמר הוקטורים 𝑘𝑥 𝑥1 , 𝑥2 , … ,בלתי תלויים לינארית) אם מתקיים α1 𝑥1 + α2 𝑥2 + ⋯ + α𝑘 𝑥𝑘 = 0רק עבור .α1 = 0, α2 = 0, … , α𝑘 = 0 הגדרה – 5.7בסיס קבוצה פורשת ובלתי תלויה לינארית היא בסיס של המרחב או התת מרחב אותו היא פורשת משפט 5.8 𝑛𝑥 𝐵 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,בסיס ל .𝑉 -תהי יהי 𝑉 מרחב וקטורי ויהי וקטורים מתוך 𝑉 .אזי: א .אם 𝑛 > 𝑘 אז הקבוצה 𝑆 תלויה לינארית ב .אם 𝑛 < 𝑘 אז הקבוצה 𝑆 לא פורשת את 𝑉 𝑘𝑦 𝑆 = 𝑦1 , 𝑦2 , … ,קבוצה של 𝑘 משפט 5.9 𝑛𝑥 𝐵 = 𝑥1 , 𝑥2 , … ,בסיס ל .𝑉 -תהי יהי 𝑉 מרחב וקטורי ויהי וקטורים מתוך 𝑉 .אזי: א .אם 𝑆 קבוצה בלתי תלויה לינארית אז 𝑛 ≤ 𝑘 ב .אם 𝑆 פורשת את 𝑉 אז 𝑛 ≥ 𝑘 © באומן אלון – שיעורים פרטיים ומרתונים 054-5-290106 2 𝑘𝑦 𝑆 = 𝑦1 , 𝑦2 , … ,קבוצה של 𝑘 [email protected]