zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng về môn Đại Số Tuyến Tính

Chia sẻ: Đặng Quỳnh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:52

Báo xấu

90
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính cung cấp cho các bạn những kiến thức về ma trận, định mức; không gian véc tơ; hệ phương trình tuyến tính tổng quát; ánh xạ tuyến tính; dạng song tuyến tính – dạng toàn phương và một số nội dung khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng về môn Đại Số Tuyến Tính

Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Chương 1. MA TRẬN, ĐỊNH THỨC I. MA TRẬN 1. Định nghĩa Một ma trận cấp m n là một bảng gồm m n số được sắp thành m dòng, mỗi dòng có n số và n cột, mỗi cột có m số theo một thứ tự nhất định. Phần tử aij là phần tử thuộc dòng i, cột j và gọi là phần tử thứ (i,j) của ma trận A. Ma trận có m dòng và n cột được gọi là ma trận cấp m n. Kí hiệu : Am n hoặc A = (aij)m n. Hai ma trận A và B bằng nhau khi chúng cùng cấp và aij = bij, i, j . Ma trận có số dòng bằng số cột được gọi là ma trận vuông. Ma trận vuông có n dòng, n cột gọi là ma trận vuông cấp n. Ma trận có tất cả các phần tử bằng 0 được gọi là ma trận không. Nếu A là ma trận vuông cấp n thì ta gọi đường chéo chính của A là đường chứa các phần tử a11, a22, . . ., ann. Đường chéo phụ là đường chứa các phần tử a1n, a2(n1), . . ., an1. Ma trận vuông chỉ có các phần tử trên đường chéo chính bằng 1 còn các phần tử khác bằng 0 thì gọi là ma trận đơn vị. Kí hiệu : I Tập hợp tất cả các ma trận cấp m n có phần tử lấy trên trường số K được kí hiệu là : M m n(K) 2. Các phép toán trên ma trận a. Ma trận chuyển vị Th.S Thân Văn Đính Page 1
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Cho ma trận A, nếu ta đổi tất cả các dòng của A thành các cột theo thứ tự thì ta được một ma trận mới gọi là ma trận chuyển vị của A. Kí hiệu là AT. Vậy, nếu A = (aij) thì AT = (aji). b. Phép nhân một số với một ma trận. Cho ma trận A = (aij) và số c. Ta định nghĩa : c.A = (c.aij) _ nhân c vào tất cả phần tử của ma trận A. c. Phép cộng ma trận Cho hai ma trận A = (aij) và B = (bij), ta định nghĩa A + B = (aij + bij)_ cộng tương ứng từng phần tử của hai ma trận. Tính chất của phép cộng ma trận Phép cộng ma trận có tính chất : giao hoán, kết hợp, 0 + A = A + 0 = A; A + (A) = 0; (A+B)T = AT + BT; c(A +B) = cA + cB ; (c + d). A = cA + dA. d. Phép nhân ma trận Cho hai ma trận (A)m n và (B)n p, kí hiệu AB = (C)m p là tích của A và B, là ma trận được định nghĩa bởi: (ab)ij = (a)i1.(b)1j + (a)i2.(b)2j + . . . + (a)in.(b)nj. Ví dụ ; thì Chú ý : Phép nhân ma trận không có tính chất giao hoán. Tính chất của phép nhân ma trận  T/C1 : (AB).C = A(BC)  T/C2 : A.0 = 0.A = 0  T/C 3 : A(B C) = AB AC ; (A B).C = AC BC  T/C 4 : (AB)T = BT.AT.  T/C 5 : c(AB) = (cA).B = A(cB). Th.S Thân Văn Đính Page 2
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính 3. Một số ma trận vuông đặc biệt a. Ma trận đường chéo : Là ma trận vuông có tất cả các phần tử bên ngoài đường chéo chính đều bằng 0. Kí hiệu ma trận đường chéo cấp n là: diag(a1, a2, . . ., an). b. Ma trận tam giác : Ma trận vuông A gọi là ma trận tam giác nếu aij = 0 với mọi i > j hoặc i
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính A là khả ngịch trái nếu tồn tại ma trận B cấp n sao cho B.A = In. A là khả nghịch phải nếu tồn tại ma trận B cấp n sao cho A.B = In. A là khà nghịch nếu tồn tại ma trận B sao cho AB = BA = In. ( B được gọi là ma trận nghịch đảo của A). Kí hiệu : A1. Mệnh đề. Cho A, B là các ma trận vuông cấp n. Khi đó Nếu A có 1 dòng (hay 1 cột) bằng 0 thì A không khả nghịch. Nếu A khả nghịch thì A1, AT, cA (c ≠ 0) cũng khả nghịch và (A1)1 = A; (AT)1 = (A1)T; (cA)1 = . Nếu A, B khả nghịch thì tích AB cũng khả nghịch và (AB)1 = B1.A1. Định lí Cho A là ma trận vuông cấp n và A khả nghịch. Khi đó, những phép biến đổi sơ cấp nào biến A thành In thì cũng chính phép biến đổi đó biến In thành A1 theo thứ tự đó.  Cách tìm ma trận nghịch đảo của A bằng phép biến đổi sơ cấp B1 : Viết ma trận I bên phải ma trận A dạng A|I B2 : Dùng các phép biến đổi sơ cấp, biến A thành I. Khi đó ma trận bên phải thu được chính là ma trận nghịch đảo của ma trận A. Ví dụ Tìm ma trận nghịch đảo của ma trận Khi đó ma trận nghịch đảo của A là II. PHÉP THẾ ( HOÁN VỊ) 1. Định nghĩa Cho một tập hợp S = { 1;2;3; . . .; n}. Một song ánh T : S S được gọi là một phép thế. Th.S Thân Văn Đính Page 4
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Nếu đặt T(i) = ji thì phép thế T có thể viết dưới dạng. hay ngắn gọn là T = (j1, j2, . . . , jn) Tập hợp tất cả các phép thế trên S = {1,2,. . ., n} kí hiệu là : Sn Ví dụ 1. Một phép thế T được gọi là một phép chuyển vị nếu có hai thành phần đổi chỗ cho nhau còn những phần tử khác giữ nguyên. Phép chuyển vị đổi i cho j kí hiệu là Tij. Ví dụ 2. Nghịch đảo của phép thế T là ánh xạ ngược của T, kí hiệu : T1 Phép thế đồng nhất là ánh xạ đồng nhất , kí hiệu là I. Ta có I(x) = x. Nhận xét : , do đó Tij = Tji ; Tij Tji = I hay Tij = (Tji)1. Ví dụ 3. thì Do đó : 2. Chu trình Cho tập { i1, i2, . . ., ir} {1,2,3, . . ., n}. Phép thế P thỏa P(i1) = i2, P(i2) = i3, . . ., P(ir) = i1 thì ta nói P là một chu trình độ dài r. Kí hiệu : P = (i1 i2 . . .ir). Ví dụ Các phép thế trong ví dụ 3 là các chu trình, cụ thể : P = ( 123), Q = (13), PQ = (23), QP = (12)  Định lí : Mọi phép thế đều biểu diễn được thành tích các chu trình Hệ quả : Mọi phép thế đều được biểu diễn thành tích các chuyển vị và (i1i2. . .ir) = (i1ir)…(i1i2). Th.S Thân Văn Đính Page 5
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Ví dụ Cho phép thế , ta nói rằng ji và jk tạo thành một nghịch thế nếu i jk . Gọi N(T) là số các nghịch thế của T. Đặt s(T) = (1)N(T) : gọi là dấu của phép thế T.  Nếu T là một r – chu trình thì ta có : s(T) = (1)r1. III. ĐỊNH THỨC 1. Định nghĩa Cho A là ma trận vuông cấp n Ta gọi định thức A là số : detA = . Trong đó, ji = T(i), T Sn . Kí hiệu : |A| = detA. Trường hợp n = 2, S2 = {e, (1 2) } Trường hợp n = 3, S3 = {e, (1 2), (1 3), (2 3), (1 2 3), (1 3 2)} Quy tắc : Th.S Thân Văn Đính Page 6
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Hoặc nhớ cách tính detA bằng công thức Sarrus như sau : Viết cột 1 và 2 vào bên phải cột 3. Khi đó, detA bằng tổng các tích trên đường chéo chính trừ đi tổng các tích trên đường chéo phụ. Ví dụ Tính Ta có detA = . 2. Các tính chất cơ bản của định thức Tính chất 1 : det(AT) = detA Tính chất 2 : Nếu ma trận A có ít nhất một dòng là dòng 0 thì detA = 0 Tính chất 3 : Nếu đổi chỗ 2 dòng (hoặc 2 cột) thì định thức đổi dấu. Tính chất 4 : Nếu hai dòng (hoặc 2 cột) của ma trận có các phần tử tương ứng tỷ lệ thì detA = 0. Tính chất 5 : Nếu nhân một dòng ( hoặc 1 cột) với một số k thì detA tăng lên k lần. Tính chất 6 : Nếu aij = bj + cj , (j = 1,2, . . ., n) thì detA = det B + detC Với B, C là ma trận có được bằng cách thay dòng i bởi các giá trị bj, cj tương ứng. Tính chất 7. Nếu một cột của ma trận A là tổ hợp tuyến tính của những cột khác thì detA = 0. Tính chất 8. Nếu cộng thêm vào cột nào đó một tổ hợp tuyến tính của các cột khác thì định thức không đổi. 3. Khai triển định thức Cho ma trận vuông A cấp n. Kí hiệu A(i|j) là ma trận có được bằng cách xóa đi dòng i và cột j của ma trận A. Th.S Thân Văn Đính Page 7
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Ví dụ thì ta có A(2|3) = Bổ đề : Cho A = (aij) là ma trận cấp n. Nếu tồn tại i, j sao cho aik = 0 , k ≠ j thì detA = (1)i + j .aij. detA(i|j). Ví dụ Phần bù đại số ĐN : Cho ma trận vuông A = (aij) cấp n. Với mỗi i, j, phần tử cij = (1)i+jdetA(i|j) được gọi là phần bù đại số của aij.  Định lí Cho ma trận vuông A = (aij) cấp n, cij là phần bù đại số của aij. Khi đó detA = ap1.cp1 + ap2.cp2 + . . . + apn.cpn = (1) = a1q.c1q + a2q.c2q + . . . + anq.cnq = (2) Công thức (1) được gọi là công thức khai triển định thức theo dòng p; công thức (2) được gọi là công thức khai triển định thức theo cột q. Ví dụ Cho Khai triển detA theo dòng 1 ta có: detA = a11.c11 + a12.c12 + a13.c13 Trong đó : . Do đó : detA = 13 Nhận xét Khi tính định thức bằng cách khai triển, ta chọn dòng ( hoặc cột) có nhiều phần tử 0. 4. Định lí Laplace Định nghĩa phần bù đại số của một ma trận Th.S Thân Văn Đính Page 8
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Cho A = (aij) là ma trận cấp n. Chọn trong A các dòng i1, i2, . . ., ik ( 1 ≤ i1
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Dạng 3. Tính định thức cấp n Ví dụ. Tính . Khai triển theo dòng đầu ta được Định thức thứ nhất cấp n1, khai triển định thức thứ hai theo dòng đầu ta được định thức cấp n – 2. Do đó ta có : An = 2An1 – An2. Vì D1 = 2, D2 = 3 nên bằng quy nạp ta được : An = 2n – (n1) = n + 1. 6. Định thức và ma trận khả nghịch Cho ma trận vuông A = (aij)n. Gọi cij là phần bù đại số của aij và đặt C = (cij)n. Khi đó ta có: A.CT = CT.A = |A|.In . Do đó, nếu A khả nghịch thì : A1 = |A|1.CT. Ma trận CT được gọi là ma trận phụ hợp của A, kí hiệu : PA. Vậy : A1 = |A|1.PA Ví dụ. Tìm ma trận nghịch đảo của ma trận Ta có : |A| = 2 ≠ 0 nên A khả nghịch. c11 = 6, c12 = 5, c13 = 1 ; c21 = 6, c22 = 8, c23 = 2 ; c31 = 2, c32 = 2, c33 = 1 Suy ra ma trận phụ hợp của A là : Do đó : IV. HỆ PHƯƠNG TRÌNH CRAME Cho một hệ gồm n phương trình tuyến tính n ẩn (*) Đặt và Với mỗi , ta gọi Aj là ma trận có được từ A bằng cách thay cột j bằng cột của B. Hệ (*) được gọi là hệ phương trình Crame nếu |A| ≠ 0. Ví dụ thì Định lí Xét hệ phương trình tuyến tính (*) Th.S Thân Văn Đính Page 10
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính (i) Nếu |A| ≠ 0 thì (*) có duy nhất nghiệm X = (x1, x2, . . ., xn) với (ii) Nếu |A| = 0 và tồn tại j {1,2,. . .,n} sao cho |Aj| = 0 thì hệ (*) vô nghiệm. (iii) Nếu |A| = 0 và |Aj| = 0 với mọi j {1,2,. . .,n} thì hệ có nghiệm không duy nhất. Ví dụ 1. Giải hệ phương trình : Ví dụ 2. Giải và biện luận hệ phương trình : V. CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN CHƯƠNG 1 1. Thực hiện các phép toán ma trận : cộng, trừ hai ma trận; nhân một số với một ma trận; nhân hai ma trận; lập ma trận chuyển vị. 2. Tìm hạng của một ma trận 3. Tìm ma trận nghịch đảo của ma trận A bằng các phép biến đổi sơ cấp và vằng định thức. 4. Tính định thức  Dùng quy tắc Sarrus  Dùng khai triển định thức theo dòng hoặc theo cột. 5. Giải hệ phương trình Crame Th.S Thân Văn Đính Page 11
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Chương 2. KHÔNG GIAN VECTƠ I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Định nghĩa không gian vectơ Kí hiệu: K là trường số thực R hoặc trường số phức C. Ta gọi X là không gian vectơ trên K, nếu mỗi cặp phần tử x,y X được đặt tương ứng với phần tử duy nhất, kí hiệu là x + y X, gọi là tổng của x và y. Mỗi K, x X đặt tương ứng với phần tử duy nhất, kí hiệu là x X, gọi là tích của và x, thỏa mãn các điều kiện sau: Với x, y, z X; , K thì (1). x + y = y + x (2). (x + y) + z = x + (y + z) (3). Tồn tại 0 X sao cho: x + 0 = x ( 0 gọi là phần tử 0) (4). Tồn tại (x) X sao cho : x + (x) = 0 ( x gọi là phần tử đối của x) (5). ( + )x = x + x (6). .(x + y) = x + y (7). ( )x = ( x) (8). 1.x = x Mỗi phần tử của không gian vectơ được gọi là một vectơ. Ta viết : x + (y) = x – y ( đọc : “ x trừ y”) Phép toán : x + y gọi là phép cộng vectơ ; phép toán x gọi là phép nhân với vô hướng. Không gian vetơ trên R gọi là không gian vectơ thực; trên C gọi là không gian vectơ phức. 2. Một số ví dụ Ví dụ 1. Kn = {(x1, x2, . . ., xn): x1, x2, . . ., xn K}, với mọi x = (x1, . . ., xn), y = (y1, . . ., yn), K Ta định nghĩa Th.S Thân Văn Đính Page 12
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính x + y = (x1 + y1; x2 + y2; . . .; xn + yn) x = ( x1; x2; . . ., xn) Kn cùng với các phép toán trên là một không gian vectơ, gọi là không gian vectơ Kn. Ví dụ 2. Tập K[x] các đa thức hệ số trong K là một không gian vectơ với phép cộng và phép nhân một số với một đa thức thông thường. Ví dụ 3. Tập Kn[x] các đa thức bậc ≤ n là không gian vectơ với phép toán trên K[x]. Ví dụ 4. a. Tập hợp các vectơ tự do trong mặt phẳng với phép cộng và nhân vectơ với 1 số thực đã biết là một không gian vectơ trên R. b. Tập hợp các vectơ tự do trong không gian với phép cộng và nhân vectơ với 1 số thực đã biết là một không gian vectơ trên R. 3. Tính chất đơn giản của không gian vectơ T/c 1 : Phần tử 0 là duy nhất T/c 2 : 0x = 0 với mọi x X; .0 = 0 với mọi K. T/c 3 : x là duy nhất và –x = (1).x Từ các tính chất trên ta có x = y nếu và chỉ nếu x – y = 0. x + z = y + z nếu và chỉ nếu x = y. T/c 4 : x = 0 = 0 hoặc x = 0 T/c 5 : T/c 6 : x X, K, ( x) = ( )x = (x). II. KHÔNG GIAN VECTƠ CON 1. Định nghĩa Th.S Thân Văn Đính Page 13
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Cho X là một không gian vectơ và M là tập con khác rỗng của X. Khi đó, M được gọi là không gian vectơ con của X nếu M là một không gian vectơ ứng với phép cộng và phép nhân vô hướng của X khi ta hạn chế chúng trên M. 2. Định lí Định lí 1 Tập M khác rỗng của không gian vectơ X là một không gian vectơ con của X khi và chỉ khi hai điều kiện sau thỏa. (i) x, y M thì x + y M (ii) K, x M thì x M Chứng minh  Chiều thuận : hiển nhiên  Chiều đảo : Giả sử tập con M có hai tíính chất (i), (ii) thì M có các tính chất của định nghĩa không gian vectơ, ngoại trừ việc kiểm tra trong M có vectơ 0. Thật vậy, do M ≠ nên tồn tại x M. Theo (ii), 0 = 0.x M. Hiển nhiên x + 0 = x, mọi x M.(đpcm) Nhận xét Tập con M của không gian vectơ X là không gian vectơ con nếu và chỉ nếu thỏa hai điều kiện sau: Đ/k 1 : 0 M Đ/k 2 : x + y M với mọi x, y M, K. Ví dụ 1. 0 {0} X là không gian vectơ con của X Ví dụ 2. V = { (x1, x2, x3) : x1 + x2 + x3 = 0} là không gian vectơ con của R3. Ví dụ 3. Cho X = R2 và M = { x = (x1, 0): x1 R} thì mọi x = (x1, 0), y = (y1, 0) M, R, ta có: 0 = (0,0) M x + y = ( x1 + y1, 0 + 0) = ( x1 + y1, 0) M Vậy M là một không gian vectơ con của X. Ví dụ 4. Xét hệ phương trình tuyến tính thuần nhất với hệ số trên K như sau: (1) Th.S Thân Văn Đính Page 14
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Giả sử X = ( x1, x2, . . ., xn) và Y = (y1, y2, . . ., yn) là hai nghiệm của hệ (1) thì ta có : X + Y = (x1 + y1, x2 + y2, . . ., xn + yn) và kX = (kx1, kx2, . . ., kxn) cũng là các nghiệm của hệ. Do đó, tập hợp các nghiệm của hệ (1) tạo thành một không gian vectơ con của không gian vectơ n chiều Kn. Ký hiệu không gian này là S và gọi là không gian nghiệm của hệ (1). Định lí 2 Giao của một họ tùy ý các không gian con của X là một không gian con của X. Chứng minh Giả sử , trong đó {Mi }i I là họ các không gian con của X. Khi đó, với x,y M và K thì x, y Mi, i I nên x + y Mi và x Mi, i I. Do đó, x + y M và x M. Suy ra đpcm. 3. Không gian con sinh bởi một tập . Định nghĩa tổ hợp tuyến tính Cho S là một tập con tùy ý của không gian vectơ X.Cho v1, v2, . . ., vk S, 1, 2, ..., k K. Một tổ hợp tuyến tuyến tính của các vectơ v1, v2, . . ., vk S là một tổng có dạng : x = 1v1 + 2v2 + . . . + kvk (1) Vectơ x viết dưới dạng (1) được gọi là biểu diễn tuyến tính được qua v1, v2, . . ., vk. Tập tất cả các tổ hợp tuyến tính của S kí hiệu là = { 1v1 + 2v2 + . . . + kvk | v1, v2, . . ., vk S, 1, 2, ..., k K} Quy ước : = {0} 0. Bổ đề Với mọi tập con S của không gian vectơ X, là không gian con nhỏ nhất chứa S. ĐN hệ sinh : Tập S được gọi là một hệ sinh của không gian vectơ X nếu = X Nhận xét Th.S Thân Văn Đính Page 15
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính S là hệ sinh của X nếu và chỉ nếu mọi x X đều là một tổ hợp tuyến tính của các vectơ thuộc S. Nếu x là tổ hợp tuyến tính của các vectơ v1, v2, . . ., vk thì x cũng là tổ hợp tuyến tính của các vectơ v1, v2, . . ., vk, vk+1 . ( vì ta có thể coi x = 1v1 + 2v2 + . . . + kvk + 0.vk+1. ) Ví dụ a. Trong Kn, đặt ei = (0,0,. . ., 1, 0, . . .,0), 1 ở vị trí thứ i. Tập { e1, e2, . . ., en} là hệ sinh của Kn. b. Trong K3 , cho v = (1,0,1), u = (1,1,0) Khi đó = { (a, 0, a)| a K} và = { av + bu| a, b K} = {(a + b, b, a) | a, b K} c. {xn, n N*} là hệ sinh của không gian vectơ K[x]. 4. Sự phụ thuộc tuyến tính và độc lập tuyến tính. a. Định nghĩa Họ các vectơ v1, v2, . . ., vk của không gian vectơ V trên trường K được gọi là phụ thuộc tuyến tính nếu tồn tại các số 1, 2, ..., k K không đồng thời bằng 0 sao cho : 1v1 + 2v2 + . . . + kvk = 0 Họ vectơ không phụ thuộc tuyến tính được gọi là họ độc lập tuyến tính. b. Tính chất Tính chất 1. Nếu các vectơ v1, v2, . . ., vk là phụ thuộc tuyến tính thì tồn tại một hệ số khác 0, giả sử là k. Khi đó : . Do đó, nếu họ : v1, v2, . . ., vk là phụ thuộc tuyến tính thì có ít nhất một vectơ là tổ hợp tuyến tính của các vectơ còn lại. Tính chất 2 Cho các hệ S, T là các không gian vectơ con của X và S T. Khi đó (i). S phụ thuộc tuyến tính thì T phụ thuộc tuyến tính (ii). T độc lập tuyến tính thì S độc lập tuyến tính Tính chất 3 ( bổ đề cơ bản về sự phụ thuộc tuyến tính) Th.S Thân Văn Đính Page 16
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính Cho S = { v1, v2, . . ., vk} là một hệ vectơ và T = { u1, u2, . . ., um} là một hệ vectơ độc lập tuyến tính sao cho T . Khi đó m ≤ k. Chứng minh Giả sử ngược lại, m > k. Vì u1 nên tồn tại 1, 2, . . ., k không đồng thời bằng 0 sao cho u1 = 1v1 + 2v2 + . . . + kvk Giả sử 1 ≠ 0 , chia (*) cho 1 ta được : v1 = b1u1 + b2v2 + . . . + bkvk (*) Ta lại có u2 = ’1v1 + ’2v2 + . . . + ’kvk . Thay (*) vào ta được u2 = c1u1 + c2v2 + . . . + ckvk và các hệ số c1, c2, . . ., ck không đồng thời bằng 0 ( Vì T là độc lập tuyến tính). Giả sử c2 ≠ 0 thì ta có u3 là tổ hợp tuyến tính của các vectơ u1, u2, v3, . . ., vk. Tiếp tục quá trình này sau k + 1 bước ta được uk+1 là tổ hợp tuyến tính của u1, u2, . . ., um. Điều này mâu thuẫn với T là hệ độc lập tuến tính. Hệ con độc lập tuyến tính tối đại . Cho S = { v1, v2, . . ., vk} là hệ trong không gian vectơ X. Hệ S’ S được gọi là hệ độc lập tuyến tính tối đại của S nếu S’ là độc lập tuyến tính và nếu bổ sung thêm một vectơ bất kì ta được hệ phụ thuộc tuyến tính. Ví dụ a. Trong mặt phẳng, hai vectơ không cùng phương bất kì là độc lập tuyến tính. Hai vectơ cùng phương hoặc 3 vectơ bất kì là phụ thuộc tuyến tính. Do đó hệ S gồm hai vecto không cùng phương là hệ độc lập tuyến tính tối đại của không gian vectơ trong mặt phẳng. b. Trong không gian R3, các vectơ (1,2,1), (1,1,2), (1,4,1) là phụ thuộc tuyến tính vì 3(1,2,1) – 2(1,1,2) – (1,4,1) = 0. Hệ {e1, e2, . . ., en} trong Kn là độc lập tuyến tính. Vì giả sử 1e1 + 2e2 + . . . + kek = 0 Thì 1 = 2 = . . . = n = 0. c. Một hệ chứa vectơ 0 là hệ phụ thuộc tuyến tính. Vì 0 = .0 với ≠ 0. d. Hệ có hai vectơ trùng nhau là hệ phụ thuộc tuyến tính. Th.S Thân Văn Đính Page 17
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính III. CƠ SỞ VÀ SỐ CHIỀU 1. Định nghĩa số chiều Không gian vectơ X trên K được gọi là n chiều nếu X có n vectơ độc lập tuyến tính và không tồn tại một họ độc lập tuyến tính bào chứa nhiều hơn n vectơ. Vậy số chiều của không gian vectơ X là số vectơ của hệ vectơ độc lập tuyến tính tối đại của X. Không gian vectơ có số chiều hữu hạn thì gọi là không gian vectơ hữu hạn chiều. Kí hiệu số chiều của X là : dim(X). 2. Định nghĩa cơ sở Họ n vectơ độc lập tuyến tính của một không gian vectơ n chiều gọi là một cơ sở của X. Hay nói cách khác : Tập con B của không gian vectơ X là cơ sở của X nếu B độc lập tuyến tính và = X. Ví dụ a. là cơ sở của không gian O chỉ gồm một vectơ 0. b. Kn có cơ sở là hệ { e1, e2, . . ., en}, gọi là cơ sở chính tắc của Kn. c. { 1, x, . . ., xn} là một cơ sở của Kn[x]. Do đó dim(Kn[x]) = n + 1. d. {xn, n N*} là cơ sở của K[x]. Do đó dim(K[x]) = . 3. Hạng của một hệ vectơ Cho một hệ vectơ S. Ta gọi hạng của S là số vectơ độc lập tuyến tính tối đại của S. Kí hiệu : r(S). Vậy r(S) = dim(S)  Gọi A là ma trận có các dòng là các vectơ của hệ vectơ S. Khi đó, hạng của hệ S bằng hạng của ma trận A. Ví dụ Trong R4 cho các vectơ : v1 = (1;1;2;1), v2=(1;2;3;0), v3=(2;1;0;3), v4=(2;4;5;4) Tìm số chiều và một cơ sở của V = . Giải Th.S Thân Văn Đính Page 18
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính dim(V) = r(V) = r(A), với A là ma trận có các dòng là các vectơ của hệ V. r(A) = = 3 Vậy dim(V) = 3 và một cơ sở của V là {v1, v2, v3} Định lí ( về cơ sở không toàn vẹn) Trong không gian vectơ hữu hạn chiều, mọi họ vectơ độc lập tuyến tính đều có thể bổ túc thành một cơ sở. 4. Tọa độ của một vectơ trong cơ sở. Cho B = {vi}i I là cơ sở của không gian vectơ X. Khi đó với mỗi x X, tồn tại duy nhất bộ số ( i)i I trong K sao cho : Ta gọi bộ ( i)i I là tọa độ của x trong cơ sở B. Kí hiệu : , với X là không gian n chiều. Ví dụ. Trong R3, cho các vectơ v1 = (1;3;0), v2 = (2;2;1), v3 = (0;1;2). a. Chứng minh rằng B = { v1, v2, v3} là một cơ sở của R3. b. Tìm tọa độ của vectơ v = (1;1;1) trong cơ sở trên. Giải a. Vì B có 3 vectơ ( bằng với số chiều của R3) nên ta chỉ cần chứng minh hệ B là độc lập tuyến tính. Thật vậy, xét định thức của ma trận tạo thành từ 3 vectơ của B như sau: . Suy ra hệ B là độc lập tuyến tính và r(B) = 3. b. Ta cần tìm x = (x1, x2, x3) sao cho : v = x1v1 + x2v2 + x3v3 (*) Từ (*) ta có hệ pt : . Vậy tọa độ của v đối với cơ sở B là : Th.S Thân Văn Đính Page 19
Bài giảng môn Đại Số Tuyến Tính 5. Ma trận đổi cơ sở. Công thức đổi tọa độ 1 2 n 1 2 Trong không gian vectơ X cho các cơ sở : U = { u , u , . . ., u } và V = { v , v , . . ., v} Giả sử : . Khi đó ma trận : gọi là ma trận đổi cơ sở từ U sang V. Kí hiệu là : CU,V hoặc C : U V. U V Kí hiệu : [x] và [x] lần lượt là tọa độ của x đối với cơ sở U và V. Khi đó ta có U U,V V [x] = C [x] 3 Ví dụ. Trong R cho các hệ vectơ 1 2 3 1 2 3 U = {u , u , u } và V = { v , v , v }, trong đó 1 2 3 u = (1,1,1); u = (1,1,2) ; u = (1,2,3) 1 2 3 v = (2,1,1) ; v = (3,2,5) ; v = (1,1,m), m R. 3 a. Chứng minh U là cơ sở của R , tìm tọa độ của vectơ u = (a,b,c) trong cơ sở U. 3 b. Tìm m để V là một cơ sở của R . c. Tìm ma trận đổi cơ sở từ U sang V với m = 1. Giải a. Ta chỉ cần chứng minh U là hệ độc lập tuyến tính.Thật vậy 3 Do đó U là hệ độc lập tuyến tính nên U là một cơ sở của R . 1 2 3 1 1 2 2 3 3 Giải sử u có tọa độ là (x , x , x ) trong cơ sở U. Khi đó, u = x u + x u + x u 1 1 1 2 2 2 3 3 3 (a,b,c) = (x , x , x ) + (x , x , 2x ) + (x , 2x , 3x ) Th.S Thân Văn Đính Page 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.