Глава 3
.2.pdf§ 3.4. Базис и размерность линейного пространства
Всякую систему векторов e1 ,e2 , ,en линейного пространства L называют
базисом этого пространства, если эта система векторов линейно независима и любой вектор пространства L линейно выражается через векторы этой системы.
Существенно различными являются случаи, когда базис пространства конечен и когда он бесконечен. В линейной алгебре изучаются линейные пространства с конечными базисами. Линейное пространство L называют конечномерным, если оно обладает базисом, состоящим из конечного числа векторов. Конечномерное пространство может обладать многими различными базисами. Число векторов в каждом базисе конечномерного пространства одинаково. Это число называют размерностью пространства. Если размерность про-
странства |
L |
равна n , то записывают |
dim L n . |
Пространство L при этом |
||||||||
называют n |
- мерным. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пусть в линейном пространстве L |
над полем |
F задан некоторый базис |
||||||||||
e1 ,e2 , ,en . |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4.1 |
|||
Произвольный вектор x пространства L линейно выражается через базис |
||||||||||||
3.4.1 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x e |
2 |
e |
n |
e |
|
|
3.4.2 |
|||||
1 1 |
|
2 |
|
|
n |
|
|
|
|
|
||
Представление вектора |
x в виде 3.4.2 |
называется разложением по базисным |
||||||||||
векторам |
3.4.1 |
, а коэффициенты 1 |
, 2 , , n в разложении 3.4.2 - коорди- |
|||||||||
натами вектора |
x в базисе 3.4.1 . |
|
|
|
|
|
||||||
Два линейных пространства L и |
L над полем F называют изоморфным, |
если между их векторами можно установить взаимно однозначное соответствие, при котором образом суммы двух векторов служит сумма образов этих векторов, а образом произведения вектора на число служит произведение образа этого вектора на то же число, т.е. если из того, что
x x , y y , |
x, y L, |
x , y L , |
следует
x y x y
и
x x .
Необходимым и достаточным условием изоморфного соответствия двух линейных пространств является совпадение их размерностей.
При изоморфизме линейно независимым векторам из L соответствует линейно независимые векторы из L и наоборот.
Пример 1. Выясните, какова размерность каждого из указанных линейных пространств, и найдите какойлибо базис пространства:
а)
арифметическое пространство |
R |
n |
, векторами которого являются упорядо- |
|
ченные наборы по n действительных чисел (см. задачу 314. . );
41
б)
в)
пространство Mn R многочленов с действительными коэффициентами от
одной переменной, степень которых не превышает заданного неотрицательного числа n (см. задачу 317. . a ));
пространство |
Rm,n |
прямоугольных |
m n - матриц с действительными эле- |
ментами (см.
Решение. а)
задачу |
3.16. a )). |
Одним из возможных базисов
R |
n |
|
является следующий:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
1,0,0, ,0,0 , |
e |
|
0,1,0, ,0,0 |
, , e |
|
0,0,0, ,0,1 . |
|||||
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
3.4.3 |
Действительно, система векторов
e |
e |
e |
|
, |
2 |
, , |
1 1 |
2 2 |
n n |
1 |
|
|
e |
, |
1 |
|
n
e2 |
, ,en линейно независима |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1 |
0, |
|
2 |
0, , |
n |
||
|
|
0,0, ,0 |
|
|
|
|
|
0 |
и всякий вектор x Rn |
линейно выражается через векторы этой системы (если |
||||||||||||||||||||||||
x 1, 2 , , n , то x 1e1 2e2 nen ). Следовательно, dim R |
n |
|
n. |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
б) |
Простейшим базисом Mn R |
является такая система векторов: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
e |
1, e |
t, ,e t |
n 1 |
, e |
|
t |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4.4 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
1 |
2 |
|
n |
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очевидно, что система векторов e1,e2 , ,en 1 линейно независима |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
e e |
|
|
e |
|
|
t |
|
t |
n |
0 t |
|
0, |
|
0, , |
|
|
0 |
||||||
n |
0 |
n |
|
0 |
1 |
n |
|||||||||||||||||||
|
0 1 |
1 2 |
|
|
n 1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и любой вектор
(если |
f t 0 |
f
t M |
R |
|
n |
|
|
t |
t |
|
1 |
n |
|
линейно выражается через векторы этой системы
n |
то |
f t 0e1 1e2 nen 1 ). Таким обра- |
, |
зом, dim Mn R n 1 и в За базис пространства
Mn R изоморфно R |
n 1 |
. |
|
Rm,n можно принять систему векторов
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
e |
|
|
|
|
|
, |
e |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
||||||||
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
e |
|
|
|
|
|
|
,e |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|||||||
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
m n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
, ,e |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
n |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
||||
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
||
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
, ,e |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
, |
(3.4.5) |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
||
0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
, , |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
Она линейно независима ( 1e1 2e2 m nem n
42
|
|
1 |
2 |
|
n |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
n 2 |
2n |
|
0 |
0 |
0 |
|
0, |
|
0, , |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
m 1 n 1 |
m 1 n 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
m n |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
m n |
0 |
|
|
) и через неё линейно выражается любой вектор
A Rm,n
( если
|
11 |
12 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
21 |
22 |
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
|
|||||||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
m1 |
m2 |
||||
|
|
|
|
|
1n |
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|||
|
2n |
, |
||
|
|
|||
|
||||
|
|
|||
|
|
|
||
mn |
|
|
||
|
|
|
то
A |
e |
|
12 |
e |
|
1n |
e |
|
e |
|
22 |
e |
|
|
11 1 |
|
2 |
|
n |
|
21 n 1 |
|
n 2 |
|
|
e |
|
e |
|
2n 2n |
|
m n m n |
). Поэтому
dim R |
m n |
m,n |
|
и
Rm,n
изоморфно
R |
m n |
. |
|
Пример 2. Систему многочленов
f1 t t |
5 |
t |
4 |
, |
f2 t t |
5 |
3t |
3 |
, |
f3 t t |
5 |
2t |
2 |
, |
f4 t t |
5 |
t |
дополните до базиса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
пространства |
|
M5 R . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Решение. Известно (см. предыдущий пример), что dim M5 R 6. |
Выяс- |
ним, сколько и каких векторов нужно взять, чтобы дополнить данную систему
векторов до базиса M5 R . Воспользуемся изоморфизмом между |
M5 R и |
R |
6 |
, |
||
|
||||||
в котором и будем работать (это проще). |
|
|
|
|
||
f1 t x1 0,0,0,0,1,1 , |
f2 t x2 |
0,0,0, 3,0,5 , |
|
|
|
|
f3 t x3 0,0,2,0,0,1 , |
f4 t x4 |
0, 1,0,0,0,1 . |
|
|
|
|
Сведём векторы x1, x2 , x3 , x4 в матрицу и приведём её элементарными преобразованиями к ступенчатому виду:
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
||
x |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
3 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
|
|
||
|
2 |
|
|
|
5 |
|
|
1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
|
x |
|
|
|
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
3 |
0 |
|
|||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
1 |
|
|
5 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
||||||
x |
4 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очевидно, что система векторов x1, x2 , x3 , x4 |
(а, значит и система векторов |
||||||||||||||||||||
f1 t , f2 |
t , f3 |
t , f4 t ) линейно независима. Дополнять до базиса нужно двумя |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
t t5 |
|
векторами. Например, |
x |
0,0,0,0,0,1 f |
5 |
и |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
f |
|
t 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
6 |
|
1,0,0,0,0,0 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример3. Проверьте, что векторы e1 2,2, 1 , |
e2 2, 1,2 , e3 1,2,2 |
образуют базис пространства R3 и найдите координаты вектора x 111, , в этом базисе.
43
Решение. dim R3
висимы.
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
2 |
2 |
1 |
||
|
e |
|
|
|
2 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
e |
|
|
|
2 |
|||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3. Нужно показать, что векторы e1 ,e2 ,e3 |
линейно неза- |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
|
||||
~ |
|
2 |
2 |
|
|
~ |
|
0 |
6 |
|
~ |
|
0 |
3 |
|
~ |
|
0 |
3 |
6 |
|
. |
|
1 |
|
3 |
|
6 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
0 |
3 |
|
|
|
0 |
6 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
6 |
|
|
3 |
|
|
9 |
|
Значит, можно вектор |
x |
разложить по базисным векторам, т.е. представить в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
виде |
|
x 1e1 |
2e2 |
3e3 , причём такое представление будет единственным. |
|||||||||||||||||||||||||||||||
1e1 2e2 3e3 1 2,2, 1 2 2, 1,2 3 |
1, 2,2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
(2 |
1 |
|
2 |
2 |
|
|
3 |
,2 |
1 |
|
2 |
2 |
3 |
, |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
1,1,1 . |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
1 |
1 |
|||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 2 3 |
1, |
|
|
или в матричном виде |
|
2 |
1 |
2 |
||||||||||||||||||||||
2 1 |
|
|
|
|
|
1 . |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
2 |
1 |
||||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заметим, что столбцами этой матрицы являются векторы e1 ,e2 |
,e3 |
, x. |
|||||||||||||||||||||||||
стему метом Гаусса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|||||
|
|
2 |
|
2 |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
1 |
|
|
|
2 |
2 |
1 |
|
|
2 |
2 |
||||
|
|
2 |
|
1 |
2 |
|
~ |
|
2 |
|
2 |
1 |
|
~ |
|
0 |
6 |
3 |
|
~ |
|
0 |
3 |
6 |
|||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
3 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
2 |
1 |
|
2 |
|
|
|
0 |
3 |
6 |
|
|
|
0 |
6 |
3 |
||||
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
2 |
1 |
|
|
2 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
~ |
|
0 |
1 |
2 |
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
2 |
1 |
|
|
|
0 |
0 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решим си-
|
|
1 |
|
|
~ |
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
Следовательно, |
3 3 1 3 |
1 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
1 |
|
1 2 |
|
1 |
2 |
|
|
1 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
3 |
2 |
3 |
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
2 |
|
1 |
|
|
1 2 |
|
|
2 |
|
1 |
2 |
|
2 |
|
1 |
. |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
|
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом, вектор x |
в базисе e1 ,e2 ,e3 |
имеет координаты |
1 |
, |
1 |
, |
1 |
|
|
|
|
. |
||
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
3.4.1. Выясните, какова размерность каждого из указанных линейных пространств, и найдите какой-либо базис пространства:
а б
в
пространство R (см. пример 2 § 3.1. ) ;
пространство R (см. задачу 3.1.3 в ) ;
пространство комплексных чисел C , рассматриваемое как действительное линейное пространство (см. задачу 3.1.3. г ) ;
44
г пространство комплексных чисел |
C , рассматриваемое как комплексное ли- |
||||||||||
нейное пространство ; |
|
|
|
|
б ; |
||||||
д пространство, заданное в задаче 3.1.6. |
|||||||||||
е пространство, заданное в задаче 3.1.6 |
г ; |
||||||||||
ж пространство F бесконечных действительных последовательностей, эле- |
|||||||||||
менты которых удовлетворяют соотношению k k 1 k 2 , k 3,4, |
|||||||||||
(см. задачу 3.1.8.). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3.4.2. В пространстве |
R |
4 |
найдите два различных базиса, имеющих общие |
||||||||
|
|||||||||||
векторы e1 11,,0,0 |
и e2 |
0,0,11, . |
|
|
|||||||
3.4.3. В базисе |
1 2i, 2 i действительного линейного пространства C |
||||||||||
найдите координаты вектора |
5 4i. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
1 0 |
|
0 1 |
0 |
0 |
||
3.4.4. В базисе |
|
|
, |
, |
|
действительного линейного про- |
|||||
|
|
|
|
|
0 1 |
|
1 0 |
0 |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
странства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
, , R найдите координаты векторов |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
A |
3 |
4 |
|
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
4 |
и B |
|
2 |
|
. |
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
3.4.5. В пространстве |
R |
4 |
дана система векторов x1, x2 , x3 , x4 . |
||||||||
|
Можно ли принять эту систему за базис? Каковы координаты вектора |
y в этом |
|||||||||||||||||||
базисе? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
a |
|
1,1,1,1 , |
x |
2 |
|
1,1, |
1, 1 , |
x |
3 |
|
1, 1,1, 1 , |
x |
4 |
|
1, 1, 1,1 ; |
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
y 1,2,1,1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б x1 |
1,1,0,1 , |
|
x2 2,1,3,1 , |
x3 1,1,0,0 , x4 |
|||||||||
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0,0,1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3.4.6. Можно ли в пространстве многочленов |
|||||||||||||
базиса систему многочленов |
|
|
|
|
|||||||||
a x |
t |
2 |
1, |
x |
t |
2 |
1, |
x |
2t 1; |
||||
|
|
||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
б x |
t |
2 |
1, |
x |
t |
2 |
1, |
x |
2t |
2 |
1. |
||
|
|
|
|||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
0,1, 1, 1 ;
M2 R |
выбрать в качестве |
3.4.7. Найдите координаты многочлена следующих базисов пространства M5 R :
t |
5 |
t |
4 |
|
|
t |
3 |
t |
2 |
|
|
t
1
в каждом из
а) e |
1, |
e |
t, |
e |
t |
2 |
, |
e t |
3 |
, |
e |
t |
4 |
, |
e |
t |
5 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
б e 1, e |
t 1, e |
|
t 2 1, |
e t |
3 1, |
e t 4 1, e |
t 5 1; |
|
||||||||||||||
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
|
в e 1 t 3 , |
e t t 3 |
, |
|
e t 2 |
t 3 , |
e t 3 , |
e t 4 |
t 3 , |
e t5 |
t 3. |
||||||||||||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
45
§ 3.5. Подпространства линейного пространства. Сумма и пересечение подпространств
Множество L векторов линейного пространства L называется подпро- |
||
странством этого пространства, если : |
1) сумма любых двух векторов из L |
|
принадлежит L и 2) произведение каждого вектора из L на любое число из |
||
поля F также принадлежит L . |
|
|
Рассмотрим два подпространства L1 |
и L2 линейного пространства L . |
|
Суммой подпространств L1 и |
L2 |
называется множество всех векторов, |
которые можно представить в виде |
x1 x2 , где x1 и x2 принадлежат соответ- |
|
ственно подпространствам L1 и L2 . Сумма подпространств L1 и L2 обознача- |
||
ется L1 L2 . |
|
|
Пересечением подпространств L1 |
и L2 называется множество векторов, |
которые принадлежат одновременно обоим подпространствам. Пересечение
подпространств |
L и |
L |
обозначается L L . |
|
||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
|
|
Сумма и пересечение подпространств |
L1 |
и |
L2 являются подпространства- |
|||
ми пространства |
L . |
|
|
|
|
|
Для любых двух подпространств L1 , |
L2 |
конечномерного пространства |
L имеет |
||
|
|
|
dim L |
||
|
1 |
|
место равенство |
|
|
|||||
|
|
|
|
L |
|
dim L |
dim L |
L |
|
dim L |
|
||||
2 |
|
|
1 |
2 |
|
1 |
2 |
|
|
|
3.51. |
Если для каждого вектора
x x |
x |
, |
x |
L |
, x |
2 |
L |
1 |
2 |
|
1 |
1 |
|
2 |
x
из
S L |
L |
1 |
2 |
представление
единственно, то
S
называется прямой суммой подпространств
L1
и
L2
и
|
. |
|
|
обозначается |
L1 L2 . |
|
|
Сумма S подпространств |
L1 , L2 , , Lm |
тогда и только тогда будет прямой |
суммой, когда объединение базисов этих подпространств дает базис |
S . |
Пример 1. Покажите, что множество всех векторов
x |
, |
2 |
, , |
n |
|
1 |
|
|
|
из
R |
n |
|
, координаты которых удовлетворяют уравнению
|
1 |
|
2 |
|
n |
0 |
|
|
|
|
явля-
ется подпространством линейного пространства Rn . Найдите один из базисов и размерность этого подпространства.
Решение. Обозначим
|
|
n |
|
|
R~n x 1 , 2 |
, , n Rn | i 0 . |
|
||
|
|
i 1 |
|
|
Множество |
~n |
замкнуто относительно сложения векторов и умножения |
||
R |
||||
|
|
|
~n |
, R |
вектора на действительное число: x, y R |
x y 1, 2 , , n 1, 2 , , n 1 1, 2 2 , , n n ,
46
n |
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
~n |
|
i i i i 0 0 0 |
, т.е. |
|
; |
|||||||||||||||
(x y) R |
||||||||||||||||||
i 1 |
|
|
|
i 1 |
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x |
, |
2 |
, , |
n |
|
|
|
|
, |
2 |
, , |
n |
|
, |
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~n |
|
|
|||
i i 0 0 , т.е. |
|
|
. |
|
||||||||||||||
( x) R |
|
|||||||||||||||||
i 1 |
|
|
i 1 |
|
|
~n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Следовательно, |
- подпространство линейного пространства |
||||||||||||||||
|
R |
|
Покажем, что система векторов e1 1,0,0, ,0, 1 ,
e2 0,1,0, ,0, 1 , e3 0,0,1, ,0, 1 ,
R |
n |
|
.
. . . . . . .
en 1 0,0,0, ,1, 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
~n |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
образует базис в R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 e |
e |
|
e |
, |
2 |
, |
, , |
n |
1 |
, |
|
2 |
|
n 1 |
|||
1 1 |
2 2 |
n 1 |
n 1 |
1 |
|
3 |
|
1 |
|
|
|
||||||
если и только если |
1 |
0, 2 0, , n 1 0 |
, т.е. система векторов |
0,0,0, ,0,0 , |
||
e |
,e |
, ,e |
1 |
2 |
n 1 |
линейно независима; |
|
||||
2) |
~n |
x |
, |
||
x R |
|
||||
|
|
|
|
1 |
2 |
= e |
e |
|
e |
||
1 1 |
2 2 |
|
|
n 1 |
n 1 |
, , |
|
, |
, , |
n |
1 |
2 |
|
, т.е. всякий вектор
|
, |
|
n 1 |
|
|
n 1 |
~n |
1 |
2 |
|
|
|
может быть представлен в |
||||
x R |
виде линейной комбинации системы векторов |
e1 ,e2 , ,en 1. . |
|
|
|||||||||||||||||||||||
Таким образом, |
|
|
|
~n |
n |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
dim R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Пример 2. Найдите базисы суммы и пересечения подпространств |
|||||||||||||||||||||||||
L |
L x , x |
2 |
, x |
3 |
, x |
4 |
|
и |
L |
2 |
L y |
1 |
, y |
2 |
, y |
3 |
, y |
4 |
, |
где |
x |
1111,,, , x |
2 |
1, 111,, , |
||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||||||
x3 1,0,0,1 , |
x4 |
0,11,,0 ; |
y1 5, 3,2,1 , |
|
y2 2,1,9, 3 , |
y3 7, 3,11, 2 , |
||||||||||||||||||||
y4 3, 4, 7,4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Сначала найдем базисы подпространств
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
x |
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
0 |
2 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|||||||
|
x |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
||||||||
x |
4 |
|
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Базис L1 |
образуют векторы x1 , x2 , x3 , dim L1 3. |
|
L |
, L |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
и
|
1 |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
L |
L . |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
0 |
|
||
|
|
|
|
~ |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
||
|
0 |
1 |
|
|
|
0 |
|
47
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
y |
|
|
|
5 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|||
y2 |
|
|
|
2 |
1 |
9 |
||
y |
|
|
|
7 |
3 |
11 |
||
3 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
7 |
|||
y |
4 |
|
|
3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
5 |
16 |
|
|
|
|
|
0 |
|
11 |
41 |
|
|
|
~ |
|
|
|||
|
|
|
|
0 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
|
3
2
17
0
|
|
1 |
|
|
5 |
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
~ |
|
|
|
|
||
|
7 |
|
|
3 |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
3 |
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
~ |
y3 |
|
~ |
|
||
y |
|
|
|
|||
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
y |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
9 |
|
11 |
|
7 |
1 |
5 |
0 |
1 |
0 |
11 |
0 |
0 |
7 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
0 |
|
|
41 |
|
|
0 |
|
|
1 |
5 |
|
|
0 |
11 |
|
|
|||
|
0 |
32 |
|
|
|
11 |
|
0 |
|||
|
7 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
||
|
0 |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
41 |
123 |
|
|
41 |
1 |
5 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
16 |
7 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
. |
||
41 |
|
|
|
|
|
||
17 |
|
||
0 |
0 |
|
|
|
|
Базис
L2
образуют векторы
y |
, |
1 |
|
y |
2 |
, |
|
|
y3
,
dim L |
3. |
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|||||
x |
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
0 |
|
2 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
1 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
x |
3 |
|
|
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
1 |
|
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|||||
y |
5 |
3 |
2 |
|
|
|
1 |
0 |
|
8 |
3 |
|
|
0 |
|
8 |
|
3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
y |
|
|
|
|
2 |
1 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
7 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
y |
3 |
|
|
7 |
11 |
2 |
|
0 |
|
4 |
|
|
9 |
0 |
|
|
4 |
9 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
0 |
|
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
|
|
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
~ |
|
~ |
|
|
~ |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
0 |
|
3 |
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
4 |
|
9 |
|
0 |
|
0 |
0 |
9 |
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Базис |
L1 L2 |
|
составляют вектора x1 |
, x2 , x3 |
, y1 |
, dim L1 L2 4. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Размерность пересечения подпространств |
L1 |
и |
L2 |
определим из соотно- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
шения |
351. . ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
3 |
3 4 2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
dim L |
L |
|
dim L |
|
|
dim L |
dim L |
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Обозначим базисные вектора подпространства |
L L |
через |
z |
и z |
2 |
. По |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
1 |
|
|
||
определению пересечения подпространств |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
352. . |
|||||||||||||||||||||||||||
zi |
1i x1 2i |
x2 3i |
x3 |
1i |
y1 2i y2 |
|
3i y3 , |
|
i 1,2, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35. .3 |
||||
1i x1 |
2i |
x2 3i |
x3 1i ( y1) 2i |
y2 3i |
y3 , |
i 1,2, |
|
|
|
|
|
где слева от равенства записана линейная комбинация векторов, образующих базис L1 L2 . Переменные 2i и 3i , стоящие при линейно зависимых векто-
рах, называются свободными. Выберем их значения в соответствии с таблицей
48
i |
2i |
3i |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
0 |
1 |
|
|
|
3.5.3 |
|
При таком выборе значений 2i |
и 3i |
системы линейных уравнений |
от- |
носительно 1i , 2i , 3i , 1i будут иметь линейно независимые решения. Запишем явно системы 35. .3 и решим их методом Гаусса. Учитывая, что системы уравнений 35. .3 отличаются лишь правыми частями, целесообразно их объединить в одну расширенную матрицу.
x1 |
x2 |
x3 |
y1 |
y2 |
y3 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
5 2 |
7 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
3 |
1 |
|
|
|
|||||
|
3 |
~ |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
||
1 |
1 |
0 |
2 |
9 |
11 |
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
0 |
|||||
1 |
1 3 2 |
|
|
|
|
|
5 |
2 |
7 |
|
8 |
|
|
|
1 10 |
|||
|
|
|
|
3 |
7 |
4 |
|
4 |
|
|
|
5 9 |
.
Осуществляя обратный ход в вычислительной схеме Гаусса, рассматриваем сначала первый столбец свободных членов, соответствующий 21 1, 31 0, а
затем второй, полученный при 22 |
0, 32 1. |
В результате приходим к тому, |
||||||||||||||||||||||||||||||
что: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
45 |
, 21 |
|
7 |
|
, |
31 |
|
|
43 |
, 11 |
5 |
и |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
8 |
8 |
|
|
|
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
12 |
|
41 |
, 22 |
|
11 |
, 32 |
43 |
, |
12 |
9 |
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
8 |
8 |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Соотношения 35. .2 будем использовать для вычисления и проверки получен- |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ных результатов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
z |
x |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
45 |
1111,,, |
|
|
7 |
1, 111,, |
43 |
1,0,0,1 |
|||||||||
21 |
2 |
31 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
1 |
|
11 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
4 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
17 |
, |
19 |
, |
26 |
, |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
4 |
4 |
4 |
|
4 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
y |
|
|
21 |
y |
2 |
|
|
31 |
y |
3 |
|
|
5, 3,2,1 |
|
|
1 2,1,9, 3 |
0 |
7, 3,11, 2 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
11 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
, |
19 |
, |
26 |
, |
17 |
z |
; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
4 |
|
|
4 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
z |
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
41 |
|
11,,11, |
|
11 1, 111,, |
|
43 1,0,0,1 |
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
12 |
1 |
|
|
|
|
22 |
|
2 |
|
|
|
|
|
32 |
|
3 |
|
|
8 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
17 |
, |
15 |
, |
26 |
, |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
4 |
4 |
4 |
|
|
4 |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
49
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
y |
2 |
|
y |
3 |
5, 3,2,1 |
0 2,1,9, 3 |
1 7, 3,11, 2 |
|
|
|||||||||||
12 |
1 |
22 |
|
32 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
, |
15 |
, |
26 |
, |
17 |
|
z |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5.1. Укажите, какие из заданных множеств являются подпространствами действительных линейных пространств. Найдите один из базисов и размерность каждого из этих подпространств:
а) |
все векторы плоскости, каждый из которых параллелен либо оси |
x , либо |
|
оси y ; |
|
б) в) г)
д) е)
все векторы плоскости, одинаково направленные с осью x ;
все векторы из |
R |
n |
, сумма координат каждого из которых равна ; |
|
|
|
|||
все векторы из |
R |
n |
, у которых первая и последняя координаты равны между |
|
|
||||
собой; |
|
|
|
вида , , , , , , , где и - действительные числа; |
все векторы из Rn |
все симметричные матрицы порядка n ;
|
|
|
0 |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a,b,c C |
|
|
|
||
ж) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
b |
|
c |
; |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a,b,c R |
|
|
|
|
|||
з) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
b |
|
c |
; |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и) |
все кососимметричные матрицы порядка |
n |
(квадратная матрица |
|||||||||
|
называется кососимметричной, если ij ji для любых i, j ). |
|
|
ij |
A |
|
|
3.5.2. Что представляют собой сумма и пересечение следующих подпро-
странств |
L1 |
и |
L2 пространства |
Rn,n всех действительных квадратных матриц |
|||
порядка |
n : |
|
|
|
|
|
|
а) L - пространство симметричных матриц (см. задачу 3.5.1 е) ), |
L |
2 |
- простран- |
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
ство верхних треугольных матриц;
б) L1 - пространство симметричных матриц,
ных матриц (см. задачу 3.5.1 |
и) ). |
L2
- пространство кососимметрич-
|
3.5.3. Найдите какиелибо базисы суммы и пересечения подпространств |
||||||||||||
L L x |
, x |
2 |
, x |
3 |
и |
L |
L y , y |
2 |
, y |
3 |
арифметического векторного пространства |
||
1 |
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
||||
строк R4 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
а) x1 11,,2,1 , |
x2 |
0,1,3,2 , |
x3 |
2,11,,3 , |
|||||||||
y1 |
3,1,4,0 , |
y2 |
6, 2,0,1 , |
y3 5,3,0,1 ; |
|||||||||
б) x1 0,0, 1, 1 , |
x2 0,2,2,0 , |
x3 11,,0,0 , |
|||||||||||
y1 |
0, 2,0, 2 , |
y2 11,,2,0 , |
y3 2,1,2,1 ; |
50