дипломы,курсовые,рефераты,контрольные,диссертации на заказ

Курс лекций Векторная алгебра. Теория и примеры Векторная алгебра

 

Базис и размерность пространства

 Теорема 18.1   В линейном пространстве любые два базиса содержат одинаковое число векторов.     

Доказательство теоремы мы приводить не будем. Желающие могут найти его в любом учебнике по линейной алгебре, например в [1].

        Определение 18.3   Линейное пространство $ L$ , в котором существует базис, состоящий из $ n$ векторов, называется $ n$ -мерным линейным или векторным пространством. Число $ n$ называется размерностью пространства и обозначается $ {\dim L}$ . Линейное пространство, в котором не существует базис, называется бесконечномерным.         

Примером бесконечномерного пространства является пространство всех многочленов с вещественными коэффициентами. Как показано в  примере 18.2 в этом пространстве базис отсутствует.

        Предложение 18.1   Пространство столбцов из $ n$ элементов, являющихся вещественными числами, имеет рамерность $ n$ .

        Доказательство.     Возьмем систему векторов

$\displaystyle e_1=\left(\begin{array}{r}1\\ 0\\ \vdots\\ 0\end{array}\right),\q... ...ght),\ldots ,\,e_n=\left(\begin{array}{r}0\\ 0\\ \vdots\\ 1\end{array}\right).$

Покажем, что эта система линейно независима. Составим линейную комбинацию и приравняем ее к нулю:

$\displaystyle {\alpha}_1e_1+{\alpha}_2e_2+\ldots+{\alpha}_ne_n=0.$

Преобразуем левую часть:

$\displaystyle {\alpha}_1\left(\begin{array}{r}1\\ 0\\ \vdots\\ 0\end{array}\rig... ...begin{array}{c}{\alpha}_1\\ {\alpha}_2\\ \vdots\\ {\alpha}_n\end{array}\right).$

Следовательно,

$\displaystyle \left(\begin{array}{c}{\alpha}_1\\ {\alpha}_2\\ \vdots\\ {\alpha}_n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ \vdots\\ 0\end{array}\right),$

откуда $ {\alpha}_1=0$ , $ {\alpha}_2=0,\ldots$ , $ {\alpha}_n=0$ . Итак, система векторов $ {e_1,\,e_2,\ldots,\,e_n}$  -- линейно независима.

Пусть $ b$ -- произвольный вектор пространства, $ {b=\left(\begin{array}{c}{\beta}_1\\ {\beta}_2\\ \vdots\\ {\beta}_n\end{array}\right).}$ Очевидно, что

$\displaystyle {\beta}_1e_1+{\beta}_2e_2+\ldots+{\beta}_ne_n=\left(\begin{array}{c}{\beta}_1\\ {\beta}_2\\ \vdots\\ {\beta}_n\end{array}\right)= b.$

Следовательно, вектор $ b$ является линейной комбинацией векторов $ {e_1,\,e_2,\ldots,\,e_n}$ . Тем самым доказано, что векторы $ {e_1,\,e_2,\ldots,\,e_n}$ образуют базис в пространстве столбцов из $ n$ элементов. Размерность пространства равна числу векторов в базисе. Следовательно, пространство -- $ n$ -мерное.     

Пространство столбцов из $ n$ элементов, являющихся вещественными числами, обозначается $ \mathbb{R}^n$ .

        Предложение 18.2   Пространство столбцов из $ n$ элементов, являющихся комплексными числами, имеет размерность $ n$ .     

Доказательство такое же, как и в предыдущем предложении. Это пространство обозначается $ \mathbb{C}^n$ .

        Пример 18.3   Пространство решений однородной системы линейных уравнений $ {Ax=0}$ имеет базис из $ {n-r}$ решений, где $ n$  -- число неизвестных, а $ r$  -- ранг матрицы $ A$ . Этим базисом служит фундаментальная система решений (см.  определение 15.5 и  теорему 15.3).         

     

       

Главы учебника "Курс лекций высшей математики"

 

Аналитическая геометрия плоскости и поверхности Курс лекций Векторная алгебра. Электронные учебники - MATLAB Компьютерная математика Maple Лекции первого семестра первого курса Дифференциальное исчисление функции Дифференциальные уравнения первого порядка Теория вероятностей. Основные понятия Математический анализ Двойной интеграл Геометрический смысл производной Числовые ряды Степенные ряды Аналитическая геометрия Функции графики задачи Курс лекций Примеры задачи Интегрирование и дифференцирование матрицы ;