Материал: kozinova_at_osharina_nn_matematika_lineinaia_algebra_analiti

1.4.Линейная зависимость и независимость векторов

Числа 1, 2 ,..., n называются коэффициентами разложения вектора B по векторам A1, A2 ,..., An . Чтобы разложить вектор B по векторам A1, A2 ,..., An , необходимо найти коэффициенты разложения 1, 2 ,..., n . Для этого требуется

решить систему линейных алгебраических уравнений, эквивалентную данному соотношению (см. главу 3). Разложения вектора B 1A1 2 A2 ... n An и

B l1A1 l2 A2 ... ln An считаются отличными, если различна хотя бы одна

пара соответствующих коэффициентов разложения, т.е. существует такой номер i , для которого i li .

Справедливы следующие утверждения о разложении векторов:

1.Нулевой вектор O разлагается по любой системе векторов A1, A2 ,..., An

2.Если вектор B разлагается по части системы векторов A1, A2 ,..., An , то он разлагается и по всей системе

3.Если вектор A разлагается по системе вектор B1, B2 ,...,Bm , а каждый вектор этой системы разлагается по системе векторов C1,C2 ,...,Cn , то вектор A разлагается по системе векторов C1,C2 ,...,Cn

16

4.Каждый n - мерный вектор B b1,b2 ,...,bn разлагается по диагональной системе векторов следующим образом:

B b1E1 b2 E2 ... bn En , где

E1 1,0,0,...,0 , E2 0,1,0,...,0 , …, En 0,0,0,...,1 .

существуют такие числа 1, 2 ,..., n , не равные одновременно нулю, при

которых выполняется равенство:

1A1 2 A2 ... n An O

Векторы A1, A2 ,..., An называются линейно независимыми, если равенство справедливо лишь при условии 1 2 ... n 0 .

Чтобы определить являются векторы A1, A2 ,..., An линейно зависимыми

или независимыми, необходимо проанализировать решение однородной системы линейных алгебраических уравнений, эквивалентной данному соотношению (см. главу 3).

Для линейно зависимых и линейно независимых векторов справедливы следующие утверждения:

3.Система векторов A1, A2 ,..., An линейно зависима, если хотя бы один из векторов системы разлагается по остальным векторам этой системы.

Геометрическая интерпретация линейной зависимости двухмерных

итрехмерных векторов:

1.Два ненулевых вектора линейно зависимы тогда и только тогда, когда они коллинеарные.

2.Три ненулевых вектора линейно зависимы тогда и только тогда, когда они компланарны.

Пример 17. Определим, являются ли векторы A1 1,0, 2 и A2 2, 1,0

линейно зависимыми или линейно независимыми. Рассмотрим соотношение 1A1 2 A2 O , т.е.:

17

1.5.Линейное n - мерное пространство

Векторным или линейным пространством над полем действительных

(комплексных) чисел называется непустое множество V элементов любой природы, в котором определены операции сложения элементов и умножения элементов на действительные (комплексные) числа, удовлетворяющие определенным свойствам. Элементы векторного пространства называются

векторами.

Базисом векторного пространства называется совокупность линейно независимых векторов пространства V , по которым разлагается любой вектор векторного пространства. Векторное пространство называется конечномерным, если оно имеет конечный базис. Векторное пространство является бесконечномерным, если в нем для любого натурального n существует n линейно независимых векторов. Все базисы конечномерного векторного пространства V состоят из одного и того же числа векторов.

Размерностью векторного пространства называется максимальное число содержащихся в нем линейно независимых векторов (число векторов в базисе пространства) и обозначается dimV .

18

Евклидовым пространством называется конечномерное векторное

пространство над полем действительных чисел, в котором задано скалярное произведение, имеющее все необходимые свойства.

Пример. Каким должно быть число x , чтобы множество, состоящее из одного числа, являлось векторным пространством.

Число должно быть равно нулю x 0 , т.к. только в этом случае в рассматриваемом множестве будут определены операции сложения и умножения на действительное число.

Множество n - мерных векторов с действительными компонентами образуют векторное или линейное пространство, и обозначается Rn . Любая

Линейное пространство Rn образует евклидово пространство, так как в нем задано скалярное произведение векторов с соответствующими свойствами.

Векторы A1, A2 ,..., An n - мерного евклидова пространства образуют ортогональный базис, если эти векторы попарно ортогональны, т.е. Ai A j 0 ,

и ортонормированный базис, если эти векторы попарно ортогональны и норма каждого из них равна единице, т.е.:

Ai A j 0 при i j и Ai 1 при i 1,n .

В n - мерном линейном пространстве Rn существует ортонормированный базис. Примером ортонормированного базиса служит диагональная система векторов: E1 1,0,0,...,0 , E2 0,1,0,...,0 , …, En 0,0,0,...,1 .

19