Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Презентации №6-№12, алгебра и геометрия / 1.Векторные пространства.ppt
Скачиваний:
95
Добавлен:
25.05.2015
Размер:
543.74 Кб
Скачать

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