- •Лекции №26-27 Векторное (линейное) пространство над полем к
- •Линейные оболочки
- •Подпространства
- •Линейная зависимость векторов
- •Размерность векторного пространства и его базис.
- •Переход от одного базиса к другому
- •Координаты вектора
- •Изоморфизм пространств
- •Прямая сумма
- •1)Внешняя прямая сумма
- •2) Внутренняя прямая сумма
- •Фактор пространства
- •Пересечение и сумма подпространств
- •Линейные функции
- •Двойственное пространство и двойственный базис
- •Рефлексивность
- •Критерий линейной независимости
Размерность векторного пространства и его базис.
Определение. Базисом ненулевого векторного пространства
надполем![]()
называется система векторов, которая
порождаетV,
линейно независима.
Теорема. Ненулевое векторное пространство V всегда обладает базисом. Иными словами, V является свободнымF-модулем.
Определение.
Размерностью ненулевого векторного пространства
называетсямощностьего
базиса. Для нулевого векторного пространства
полагают,
что его размерность равна
нулю. Размерность векторного пространства
над
полем
обозначается
через
.
Определение.
Говорят, что пространство
конечномерно,
если
или
базис
состоит
из конечного числа векторов. В противном
случае говорят, что онобесконечномерно.
Пример 1. Поле действительных чиселR является бесконечномерным векторным пространством над полем рациональных чиселQ..
Пример 2. Поле комплексных чиселC является двумерным вещественным векторным пространством.
Пример
3.
Произвольное поле F
является
одномерным векторным пространством
над собой с базисом ![]()
Предложение. Для
конечномерного векторного пространства набор
векторов
является
базисом, если каждый вектор
единственным
образом представляется в виде
.
Определение. Пусть
—
базис
,
и
.
Скаляры
называютсякоординатами вектора
в
данном базисе.
Пример
4. Пусть
—
поле, и
—
-мерное
координатное пространство.
Векторы
составляют
базис
.
Переход от одного базиса к другому
Пусть
—
-мерное
векторное пространство над полемF
с некоторыми базисами
и
Векторы одного базиса можно выразить через векторы другого:
.
Определение.
Матрица,
определенная коэффициентами
вышеприведенного разложения
называется матрицей
перехода от
базиса
к
базису
.
Замечание. Координаты
вектора
относительно
базиса
образуют
j-й столбец матрицы
.
Предложение
3. Пусть вектор
имеет
координаты
в
базисе
и
координаты
в
базисе
.
При переходе от базиса
к
базису
координаты
вектора
в
новом базисе выражаются через координаты
в старом базисе по формуле:
,
,
где
— матрица, обратная кA.
Координаты вектора
Для
каждого вектора
существуют
числа
такие,
что

Числа
называются
координатами
вектора
в базисе
(определяются однозначно), X
= (x) -
координатный столбец вектора
в
этом базисе. Употребляется запись:
=(
Справедливы формулы:
Изоморфизм пространств
Теорема. Два конечномерных пространства L и M над полем K изоморфны тогда и только тогда, когда у них одинаковые размерности.
Доказательство.
Изоморфизм l: L→M сохраняет все свойства, формулируемые в терминах линейных комбинаций. В частности, он переводит любой базис L в некоторый базис M, так что размерности L и M совпадают.
Наоборот,
пусть размерности L
и
M
равны
n.
Выберем
базисы
в L
и
M
соответственно.
Формула

определяет линейное отображение L в M. Оно является биекцией, ибо формула

Определяет
обратное линейное отображение
.
Замечание. Если даже изоморфизм между двумя линейными пространствами L и M существует, он однозначно определен только в двух случаях :
L=M={0},
L и M одномерны, а K – поле из двух элементов.
Во всех остальных случаях имеется много (если K бесконечно, то бесконечно много) изоморфизмов. В частности, имеется много изоморфизмов пространства L с самим собой.



