
- •Векторные пространства
- •I. Определение векторного пространства
- •Определение
- •Пример 1.2: R2
- •Пример 1.4:
- •Пример 1.5: Пространство многочленов степени не выше n
- •Пример 1.6: Пространство функций
- •Замечания:
- •Определение 1.8: Линейная комбинация
- •I.2. Подпространства и оболочки
- •Пример 2.3:
- •Лемма 2.4:
- •Определение 2.5: Линейная оболочка
- •Пример 2.7:
- •Определение 2.8. Полнота
- •Пример 2.9: Все возможные подпространства R3
Векторные пространства
I. Определение
II. Линейная независимость
III. Базис и размерность
Литература: А.Г.Курош Курс высшей алгебры (9-е изд.). М.: Наука, 1968.
I. Определение векторного пространства
I.1. Определение и примеры I.2. Пространства и оболочки
Определение
Определение 1.1: Векторное пространство( V, +, ,; F)
Векторное пространство (над F) состоит из множества V с двумя операциями ‘+’ и ‘ ’ , так что
(1)Векторное сложение + :
v, w, u V
a) |
v + w V |
( замкнутость ) |
|
b) |
v + w = w + v |
|
( коммутативность ) |
c) |
( v + w ) + u = v + ( w + u ) |
( ассоциативность ) |
|
d) |
0 V так что |
v + 0 = v |
( наличие нулевого элемента) |
e)v V так что. v v = 0 ( наличие противоположного элем. )
(2)Скалярное умножение :
v, w V и |
a, b F, |
[ F – поле] |
a) a v V |
|
( замкнутость) |
b) ( a + b ) v = a v + b v |
( дистрибутивность ) |
c)a ( v + w ) = a v + a w
d)( a b ) v = a ( b v ) = a b v ( ассоциативность)
e)1 v = v
Пример 1.2: R2
R2 является векторным пространством, если
Пример 1.3: Плоскость в пространстве R3.
P есть подпространство R3.
|
|
x |
|
|
y |
|
ax by |
|
|
|||||
ax by a |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
1 |
||||||
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
a,b R |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
by |
|
||||
|
x |
2 |
|
|
y |
|
|
ax |
2 |
2 |
|
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
есть векторное |
|
|
|||||
|
|
|
x y z 0 |
|
|
P y |
|
|
пространство |
||
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
Пример 1.4:
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
Пусть |
V |
|
|
Тогда V есть векторное |
||
0 |
|
|||||
|
|
|
пространство над F. |
|||
|
|
|
|
|
||
|
0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Определение 1.5: Пространство с одним элементом называется тривиальным пространством (нулевым пространством).
Пример 1.5: Пространство многочленов степени не выше n
n |
|
n |
|
k |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
a |
x k |
a |
|
Например, |
P3 |
a0 a1x a2 x2 a3x3 |
||||||
P |
|
|
|
|
R |
|
ak R |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
k 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим |
a ak x k |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
n |
|
n |
|
bk x k |
|
Сложение: |
|
|
|
|
|
a b ak x k bk x k |
|
ak |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
k 0 |
k 0 |
|
k 0 |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
Умножение на число: |
b a b |
|
a |
|
x k |
|
k |
||||
|
|
k 0 |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
Нулевой |
0 0x k |
|
|
|
|
элемент: |
k 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
x k |
|
Противоположный: |
a ak |
|
n |
|
bak x k |
|
k 0 |
k 0
Пример 1.6: Пространство функций
Множество { f | f : R → R} действительных функций от действительных переменных есть векторное пространство
Сложение |
f1 f2 n f1 n f2 n |
n N |
векторов: |
|
|
Умножение на |
a f n a f n |
a R |
число: |
zero(n) 0 |
|
Нулевой : |
|
|
Противоположный: |
f (n) f n |
|
Замечания:
•Определения могут быть другими.
•Данное определение наиболее часто встречается в математических работах.
Лемма 1.7:
Для всякого векторного пространства V,
1.0 v = 0 .
2.( 1 ) v + v = 0 .
3.a 0 = 0 .
v V и a F. |
|
|
Доказательство: |
0 v v |
|
1. |
0 v v 1 |
21 v v 1 1 v
. |
a 0 a 0 v |
a 0 |
3 |
||
. |
|
|
v 0v v |
0v |
0v 0
v 0 v 0
Определение 1.8: Линейная комбинация
Пусть S - подмножество векторного пространства V, v1, v2 ,..., vm S и a1, a2 ,..., am - числа, тогда
a1v1 a2 v2 ... am vm есть линейная комбинация элементов
v1, v2 ,..., vm .
Если v a1v1 a2 v2 ... am vm , то говорят, что |
v линейно |
|
выражается через |
v1, v2 ,..., vm . |
|
I.2. Подпространства и оболочки
Определение 2.1: Подпространство Для любого векторного пространства, подпространство есть
подмножество, которое само является пространством относительно унаследованных операций.
Замечание: Подмножество векторного пространства является подпространством тогда и только тогда, когда оно замкнуто относительно
соответствующих операций. |
→ Содержит 0. |
|
(ср. Лемма2.4) |
|||||
Пример 2.2: Плоскость в R3 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
x y |
z 0 |
|
есть подпространство |
|
|
P y |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
R3. |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
Доказательство: |
Пусть |
r1 x1, y1, z1 T , |
r2 x2 , y2 , z2 T P |
→x1 y1 z1 0 , x2 y2 z2 0
ar1 br2 ax1 bx2 ,ay1 by2 ,az1 bz2 T
так что |
ax1 bx2 ay1 by2 az1 |
bz2 a x1 y1 z1 b x2 y2 z2 |
0 |
|
→ |
ar1 br2 P |
a,b R |
QED |
|