Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы по линейке.doc
Скачиваний:
26
Добавлен:
24.09.2019
Размер:
293.38 Кб
Скачать
  1. Базис линейного пространства. Единственность разложения элемента линейного пространства по базису. Линейные операции над элементами, заданными в координатах.

Определение. Совокупность линейно независимых элементов e1, e2,…, en пространства L называется базисом этого пространства, если для каждого элемента x пространства L найдутся вещественные числа x1, x2,…, xn такие, что справедливо равенство x=x1e1+x2e2+…+xnen. Это равенство называют разложением элемента x по базису e1, e2,…, en, а числа x1, x2,…, xn называют координатами элемента x (относительно базиса e1, e2,…, en).

Теорема. Каждый элемент x линейного пространства L может быть разложен по базису e1, e2,…, en единственным способом, то есть координаты каждого элемента x относительно базиса e1, e2,…, en определяются однозначно.

Доказательство.

Допустим, что для некоторого элемента x на ряду с разложением x=x1e1+x2e2+…+xnen справедливо еще и другое разложения по тому же самому базису x=x1e1+x2e2+…+xnen. Почленное вычитание равенств приводит к соотношению (x1-x1)e1+(x2-x2)e2+…+(xn-xn)en=0. В силу линейной независимости базисных элементов e1, e2,…, en, это соотношение приводит к равенствам x1-x1=0, x2-x2=0,…, xn-xn=0 или x1=x1, x2=x2,…, xn=xn. Теорема доказана.

Значение базиса заключается также и в том, что операции сложения элементов и умножения их на числа при задании базиса превращаются в соответствующие операции над числами-координатами этих элементов.

Примеры базиса (конкретных линейных пространств)

  1. Любые три некомпланарных вектора образуют базис в линейном пространстве B3

  2. Совокупность n элементов образуют базис в линейном пространстве An

  3. Базис линейного пространства {x} состоит из одного элемента, в качестве которого можно взять любой ненулевой элемент этого пространства (то есть любое положительное вещественное число x0 не равное 1)

Теорема. При сложении двух элементов линейного пространства L их координаты (относительно любого базиса пространства L) складываются; при умножении произвольного элемента на любое число λ все координаты этого элемента умножаются на λ.

Доказательство.

Пусть e1, e2,…, en произвольный базис пространства L, x=x1e1+x2e2+…+xnen и y=y1e1+y2e2+…+ynen – любые два элемента этого пространства.

Тогда в силу аксиом 1-8 (x+y)=(x1+y1)e1+(x2+y2)e2+…+(xn+yn)en, λx=(λx1)e1+(λx2)e2+…+(λxn)en.

В силу единственности разложения по базису теорема доказана.

Операции над элементами сводятся к операциям над их координатами на основании свойств.

  1. Элемент является нулевым элементом линейного пространства тогда и только тогда, когда все его координаты в любом базисе равны нулю.

  2. Координаты суммы элементов в некотором базисе равны сумме соответствующих координат данных элементов в то же базисе.

  3. Координаты произведения элемента на число равны произведению каждой координаты на это число (в одном и том же базисе).

  4. Два элемента равны тогда и только тогда, когда равны их соответствующие координаты в одном и том же базисе.

  5. Элемент X является линейной комбинацией элементов x1, x2,…, xn тогда и только тогда, когда каждая координата элемента X является такой же линейной комбинацией соответствующих координат этих элементов в одном и том же базисе.