§3:Cơ sở và số chiềusami.hust.edu.vn/wp-content/uploads/Khong-gian-vecto... ·...

1

CHƯƠNG 3

http://www.print-driver.com/order?demolabel-en

§3:Cơ sở và số chiều

3.1. Hệ vectơ độc lập tuyến tính và phụ thuộc

tuyến tính.

Trong không gian vectơ V, cho hệ vectơ S={v1, v2, … ,vn}.

+ Hệ S gọi là hệ độc lập tuyến tính nếu từ hệ thức

n n i

c v c v ... c v (c ) 1 1 2 2

ta suy ra đượcn

c c ... c 1 2

0

+ Hệ S gọi là hệ phụ thuộc tuyến tính nếu tồn tại

n(c ,c ,...,c ) ( ; ; ...; )

1 20 0 0 sao cho

n n

c v c v ... c v 1 1 2 2


§3:Cơ sở và số chiều

Nhận xét

- Một hệ con của một hệ độc lập tuyến tính là một

hệ độc lập tuyến tính.

- Một hệ vectơ chứa một hệ phụ thuộc tuyến tính

là một hệ phụ thuộc tuyến tính.

- Một hệ vectơ chứa vectơ không là phụ thuộc

tuyến tính.


§3. Cơ sở và số chiều

1.



2.



Ví dụ 3.



Chẳng hạn , , 1 2 3

7 11 6

.( , ) .( , ) .( , ) ( , )7 1 2 11 1 4 6 3 5 0 0



4.



→ Hệ chỉ có nghiệm tầm thường là (0;0;0).

→ Hệ độc lập tuyến tính



Ví dụ 5. Trong không gian các hàm số liên tục xét tính

độc lập tuyến tính của hệ vectơ:

ex

x , sin x , .

Lời giải:

Xét . .ex

.x sin x 1 2 3

0

Cho x=0, ta được . . . 1 2 30 0 1 0

Cho , ta được x . . .e

1 2 30 0

Cho , ta được x

2

/

. . .e

2

1 2 31 0

2

1 2 3

0 Hệ độc lập tuyến tính.


Ví dụ 6. Xét sự độc lập và phụ thuộc

tuyến tính của hệ vector sau

1 2

3 4

1 0 1 2;

0 0 0 0

1 2 1 2;

3 0 3 4

X X

X X



1 1 2 2 3 3 4 4X X X X

Xét đẳng thức:

1 2 3 4

1 0 1 2 1 2 1 2 0 0

0 0 0 0 3 0 3 4 0 0

1 2

3 4

1 0 1 2;

0 0 0 0

1 2 1 2;

3 0 3 4

X X

X X



1 2 3 4

2 3 4

3 4

4

0

2 2 2 0

3 3 0

4 0

1 1 1 1

0 2 2 2

0 0 3 3

0 0 0 4

A

1 2 3 4

1 0 1 2 1 2 1 2 0 0

0 0 0 0 3 0 3 4 0 0



Bài tập 1. Xét sự độc lập và phụ thuộc tuyến

tính của hệ vector sau trong không gian tương

ứng.

1 2 3) (1, 1,0); (2,3, 1); ( 1, 4,5) a A x x x


2 2 2

1 2 3) ( ) ; ( ) 2 3 1; ( ) 4 5 b B x t t t x t t t x t t t

1 2 3 4

1 2 1 1 0 1 0 2; ; ;

1 0 0 2 3 2 2 4

X X X X

1 2 3 4) { , , , }c C X X X X


Bài tập 2: Trong không gian cho hệ vectơ.

Tìm m để hệ trên độc lập tuyến tính.

1 2 3(1;1; 2), (3; 2;1), ( 1;1; ) v v v m




3.2. Cơ sở và số chiều.

3.2.1 Định lý. Trong không gian vectơ V,

cho hai hệ vectơ S1 và S2. Nếu S1 là hệ sinh

và S2 là độc lập tuyến tính thì |S1|≥|S2|.



3.2.2. Định nghĩa: Hệ vectơ E trong

KGVT V là một cơ sở của V nếu nó vừa

là hệ sinh vừa là hệ độc lập tuyến tính.


§3: Cơ sở và số chiều



VD. Hệ E={e1=(1;0;0), e2=(0;1;0), e3=(0;0;1)} là

cơ sở cua không gian R3. Cơ sở này gọi là cơ

sở chính tắc của không gian R3.



3.2.3. Định lý. Nếu B1={v1, v2,…, vm} và B2={u1, u2,…, un} là hai cơ sở của KGVT V thì m=n.

(tức là mọi cơ sở của V có cùng số phần tử)

C/m:.....

3.2.4 Định nghĩa. Nếu V có một cơ sở gồm n phần tử thì V gọi là không gian n chiều, kí hiệu là

dimV=nKhi đó, ta nói V là không gian hữu hạn chiều. Ngược lại, ta nói V là không gian vô hạn chiều.



3.2.5. Cơ sở chính tắc của một số không gian

(i)Rn Cơ sở chính tắc là E={e1, e2,…, en} với

n

e ( ; ; ; ...; )

e ( ; ; ; ...; )

e ( ; ;...; ; )

1

2

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 1

dim Rn = n




(ii) Không gian các đa thức bậc không

quá n: Pn[x]

Cơ sở chính tắc là E={1, x, x2,…, xn}

dim Pn[x] = n+1




(iii) Không gian M(m,n) các ma trận cỡ mxn

Cơ sở chính tắc là E={Akl| 1≤k ≤ m,1 ≤ l ≤ n}

với xác định bởi

dim M(m,n) = m.n

ija

kl

klA

ij

khi (i=k) (j=l)

a

khi (i k) (j l)

kl

1

0



3.2.6. Định lý: Cho V là không gian vecto n

chiều. Khi đó, B={v1, v2,…, vn} là cơ sở nếu

B độc lập tuyến tính hoặc B là hệ sinh.

Ví dụ: Chứng minh rằng hệ vecto

với

là cơ sở của

1 2 3, ,B e e e

1 2 3(1,1,1); (1,1,0); (1,0,1)e e e

3



3.2.7. Định lý. Từ một hệ độc lập tuyến tính

trong không gian hữu hạn chiều, ta luôn có

thể bổ sung các vec tơ để được một cơ sở.

C/m: G/s S là một hệ độc lập tuyến tính trong không gian

hữu hạn chiều V.

Nếu S không phải là một cơ sở của V, tức là

span(S)≠V. Khi đó, lấy v�V\span(S) ta sẽ có S’=SU{v} là

một hệ độc lập tuyến tính.

Làm tương tự cho hệ S’. Vì V hữu hạn chiều nên quá

trình trên là hữu hạn.



3.3. Tọa độ của một vecto đối với một cơ sở.

3.3.1. Định lý và định nghĩa.

Cho B={v1, v2,…, vn} là một cơ sở của KGVT V.

Với mọi vec tơ x của V, ta luôn có biểu diễn duy

nhất:

n nx x v x v ... x v

1 1 2 2

Bộ số (x1, x2,…, xn) gọi là tọa độ của x đối với B

Kí hiệu: (x)B= (x1, x2,…, xn)



Ma trận tọa độ của x đối với cơ sở B là:

B

n

x

x

x

x

1

2



VD1. Trong không gian ,cho các vectơ 3

1 2 3(2;3;1), (1;2;1), (1;1;1), (9;14;6)v v v u

a) Tìm tọa độ của u đối với cơ sở chính tắc E.

b) Tìm tọa độ của u đối với cơ sở 1 2 3

{v ,v ,v }B

Đ/s:

(9;14;6)

(3;2;1)

E

B

u

u



3.3.2. Công thức đổi tọa độ khi đổi cơ sở4

a.Bài toán: Trong kgvt V cho hai cơ sở B và B’

và vecto v ∈V. Tìm mối quan hệ giữa và [v]B

/[v]B

b. Ma trận chuyển cơ sở.

G/s B’={u1, u2,…, un}.

1 2

[u ] [u ] [u ]B B n B

C Ma trận gọi là ma

trận chuyển cơ sở từ B sang B’.



ĐL. Nếu C là mtr chuyển cơ sở từ B sang B’ thì

C là mtr khả nghịch và C-1 là mtr chuyển cơ sở từ

B’ sang B.

c. Công thức

Nếu C là mtr chuyển cơ sở từ B sang B’ thì

/

B B

v C v hay /

1

B B

v C v



VD. Trong không gian ,cho các vectơ 4

1 2 3(2;3;1), (1;2;1), (1;1;1), (9;14;6)v v v u

a)Xác định mtr chuyển cơ sở từ E sang

b) Xác định mtr chuyển cơ sở từ B sang E

c) Kiểm tra

1 2 3{v ,v ,v }B

E B

u C u



1 2 3(1, 2,3), ( 1,1,0), (2,1,1), (4,6, 3)f f f x

CMR: hệ vector là cơ sở của ,

tìm tọa độ của vector x đối với cơ sở F.

3Trong KGVT cho các vector

1 2 3{ , , }F f f f 3

Bài tập:



1 2 3(1, 2,3), ( 1,1,0), (2,1, )f f f m

Tìm m để hệ vector là cơ sở của


1 2 3{ , , }F f f f 3

Bài tập:



1 2 3(1,0,2), ( 1,1,0), (0,1,1), (4,7, )f f f x m

Tìm m để x là tổ hợp tuyến tính của hệ vector


1 2 3{ , , }F f f f

Bài tập:


§4: Cơ sở của không gian con

4.1. Hạng của hệ vectơ

4.1.1. Định nghĩa. Cho S={v1, v2,…, vm} trong

không gian vecto V. Ta gọi hạng của S, kí hiệu r(S) là

số tối đa các vecto độc lập tuyến tính của hệ đó.

* NX: +) r(S) ≤ m

+) r(S) = m S độc lập tuyến tính



4.1.2. Cách tìm hạng của hệ vectơ trong không gian

hữu hạn chiều

Cho S={v1, v2,…, vm} trong không gian vecto V.

Giả sử B là một cơ sở của V và ta có

i B i i in

(v ) (a ,a ,...,a ), i ,m 1 2

1

Đặt A=[aij]. Khi đó, ta có

r(S)= r(A)



Ví dụ 1.

Trong không gian R4, tìm hạng của hệ vecto sau:

{ v1= (2;1;-1;3), v2= (1;2;0;1), v3= (5;4;-2;7) }

Ví dụ 2.

Trong không gian P3[x], tìm hạng của hệ vecto sau:

{ p1=1+2x - 3x2 +x3, p2 =2- x +x2 - x3 ,

p3=3+x - 2x2 , p4=1+x +x2 +x3 }



4.1.3. Không gian con sinh bởi hệ vectơ

a.Định lý. Số chiều của không gian con W sinh

bởi hệ vectơ S bằng hạng của hệ vectơ đó.

dimW = dimspan(S) = r(S)



b. Bài toán xác định số chiều và một cơ sở của không

gian sinh bởi hệ vectơ

Cho hệ vecto S và W=span(S).

+ dimW = r(S)=r.

+ Tìm r vec tơ trong hệ S sao cho chúng độc lập

tuyến tính. Khi đó, r vec tơ đó lập thành một cơ sở

của W.



Ví dụ 1.

Trong không gian R4, tìm số chiều và một cơ sở của không gian con W= span{v1, v2, v3} với

v1= (2;1;-1;3), v2= (1;2;0;1), v3= (5;4;-2;7)

Ví dụ 2.

Trong không gian P3[x], tìm số chiều và một cơ sở của không gian con W=span{p1, p2, p3, p4} với

p1=1+2x - 3x2 +x3, p2 =2- x +x2 - x3 , p3=3+x - 2x2 , p4=1+x +x2 +x3


Một số đề thi

Câu 1.(K51)

(i) Trong không gian P2[x], cho các vectơ2 2 2

1 2 3 41 , 2 , 3 2 , 11 6 11 v x v x v x x v x x

Chứng minh rằng B={v1,v2,v3} lập thành một cơ sở của

P2[x]. Xác định tọa độ của vecto v đối với cơ sở B.

(Đề III)

(ii) Câu hỏi tương tự với

2 2 2

1 2 3 41 , 2 , 2 , 5 3 9 v x v x x v x x v x x

(Đề IV)



Câu 2.(K54)

(i) Trong không gian P2[x], cho các vectơ2 2

1 2

2 2

3 4

1 , 3 ,

2 , 2 5 4

v x x v x x

v x x v x x

Gọi V1=Span{v1,v2}, V2=Span{v3,v4}. Xác định một

cơ sở của (Đề I)

(ii) Câu hỏi tương tự với

(Đề II)

1 2V V

2 2

1 2

2 2

3 4

1 , 2 ,

4 2 , 1 2

v x x v x x

v x x v x x



Câu 3.

Trong không gian P3[x], cho các vectơ

2 3 3

1 21 2 3 , 2 2 , v x x x v x x

2 3 2 3

3 43 2 4 , 5 2 7 v x x v x x x

Đặt V1=span(v1,v2), V2 =span(v3,v4).

a) Tìm cơ sở và số chiều của V1+V2.

b) Vectơ v=1+x+x2 +x3 có thuộc V1+V2 hay không?

(Hè 2009)


§3:Cơ sở và số chiềusami.hust.edu.vn/wp-content/uploads/Khong-gian-vecto... ·...

Documents

Transcript of §3:Cơ sở và số chiềusami.hust.edu.vn/wp-content/uploads/Khong-gian-vecto... ·...