- •Support: Лабораторной работе № 7-8. Линейные пространства. Подпространства линейных пространств. Евклидовы пространства. Глава . Линейные пространства §3.1.1. Линейные пространства и подпространства
- •Примеры линейных пространств
- •1. Пространство строк.
- •2. Линейная оболочка.
- •Упражнения
- •§3.1.2. Линейная зависимость и независимость
- •Упражнения
- •§3.1.3. Теорема о ранге матрицы
- •§3.1.4. Эквивалентные системы. Базис и размерность
- •Упражнения
- •Упражнения
- •§3.1.5. Матрица перехода от базиса к базису
- •Упражнения
- •§3.1.6. Отображения множеств
- •Упражнения
- •§3.1.7. Изоморфизм линейных пространств
- •Упражнения
- •§3.1.8. Прямая сумма подпространств
- •Упражнения
- •§3.1.9. Евклидовы пространства
- •Упражнения
- •Глава 3.2. Системы линейных уравнений §3.2.1. Метод Гаусса
- •Упражнения
- •§3.2.2. Правило Крамера
- •§3.2.3. Теорема Кронекера-Капелли
- •Упражнения
- •§3.2.4. Фундаментальная система решений
- •Упражнения
Упражнения
Линейно ли отображение
,
если
а)
;
б)
;
в)
.
Если – линейное отображение в , то называется гомоморфным отображением,
,
.
Докажите, что
– подпространство линейного пространства
,
Im
– подпространство линейного
пространства
.Линейное инъективное отображение в называется мономорфизмом. Докажите, что если – мономорфизм, то
.Линейное сюръективное отображение на называется эпиморфизмом. Докажите, что если
эпиморфизм
,
то
.
§3.1.8. Прямая сумма подпространств
Пусть,
,
…,
– подпространства линейного пространства
.
Суммой подпространств называется
множество всех сумм элементов этих
подпространств, взятых по одному из
каждого подпространства:
Теорема.
Доказательство. Пусть
– базис
,
т. е.
.
Элементы
линейно независимы в
и их можно в
дополнить до максимальной линейно
независимой системы, т.е. до базиса
:
– базис
,
.
Аналогично, дополним систему
до базиса
:
-
базис
,
.
Векторы
линейно независимы. В самом деле, если
,
то
.
Итак, из того, что линейная
комбинация этих векторов равна
,
следует, что все коэффициенты равны
нулю, а это и означает их линейную
независимость. Ясно, что эти векторы –
система образующих подпространства
,
а значит, базис. Получили, что
■
Сумма подпространств называется
прямой, если каждый её элемент можно
представить в виде суммы элементов
подпространств единственным образом.
В этом случае пишут
…
.
Теорема. Сумма + … + – прямая
,
i=1, ... , k.
Доказательство.
Дано: сумма + … + – прямая. Без ограничения общности можно рассмотреть лишь случай i=1.
Пусть
.
Т
огда
,
где
,
т.е.
.
С другой стороны, для нулевого вектора
уже существует представление в виде
суммы элементов подпространств:
.
В силу единственности представления
получаем
,
т.е.
.
Дано:
.
Предположим, что для некоторого
элемента х имеем
где
.
Аналогично доказывается, что
.
Следовательно, любой элемент представим
в виде суммы элементов
единственным образом.
Если
,
то говорят, что линейное пространство
разложимо в прямую сумму подпространств.
В этом случае
и каждый элемент
представим в виде суммы элементов из
и притом единственным образом.
Если
,
то подпространства
и
называются дополнительными.
Пусть
и
– произвольные линейные пространства
над одним и тем же полем К. Рассмотрим
множество пар вида
.
Оно является линейным пространством
(надо проверить!) относительно отношения
равенства
,
сложения
и
умножения на элемент поля
.
Это линейное пространство
называется (внешней) прямой суммой
линейных пространств
и
.
Заметим, что
изоморфно подпространству
,
а
,
т.е.
.
Обычно отождествляют
и
,
и
.
При таком отождествлении внешняя прямая
сумма совпадает с введенной ранее
внутренней прямой суммой. ■
Упражнения
Для подпространств и докажите, что и тоже подпространства линейного пространства .
Докажите, что
семейства подпространств – линейная
оболочка их объединения.Докажите, что сумма и – прямая
.Докажите, что сумма
–
прямая тогда и только тогда, когда
нулевой вектор представим в виде суммы
элементов подпространств единственным
образом.Если
,
то
,
где
,
,
.
Докажите.Если
,
то
.
Докажите.Для любого подпространства существует дополнительное подпространство. Докажите.
