Báza súčtu podpriestorov

Moderators: Martin Sleziak, Ludovit_Balko, Martin Niepel, Tibor Macko

Post Reply
Martin Sleziak
Posts: 5537
Joined: Mon Jan 02, 2012 5:25 pm

Báza súčtu podpriestorov

Post by Martin Sleziak »

Chcem sa opýtať, lebo mi nie je jasné, ako sa hľadá báza lineárneho súčtu dvoch podpriestorov.
LAG I. 2.5.7 (3)
Príklad 2.5.7(3) bola jedna z prednáškových úloh, takže tú by ste mohli mať v poznámkach. Skúsme si ale povedať, ako príklady takého typu riešiť a skúsme sa pozrieť aj nejaké konkrétne príklady.

Povedzme teda, že máme úlohu takého typu, že máme dva podpriestory S a T zadané pomocou vektorov, ktoré ich generujú.
Ak $S=[\vec x_1,\dots,\vec x_k]$ a $T=[\vec y_1,\dots,\vec x_l]$, tak vieme, že $S+T=[\vec x_1,\dots,\vec x_k,\vec y_1,\dots,\vec x_l]$.
Teda je to vlastne úloha štandardného typu - máme dané nejaké vektory, chceme bázu ich lineárneho obalu.

Príklad

Nech napríklad $S=[(1,-1,2),(1,1,1),(2,4,1)]$, $T=[(2,1,1),(1,1,3),(3,1,-1)]$ sú podpriestory $\mathbb R^3$, zaujíma nás báza a dimenzia $S+T$.

Vlastne by nám stačilo zobrať týchto 6 vektorov, dať do matice a upraviť na RTM. Poďme to však spraviť najprv zvlášť pre $S$ a zvlášť pre $T$, lebo sa chceme zamyslieť aj nad tým, či by sme vedeli zrátať aj nejaké iné veci.

Pre S úpravou na RTM zistíme, že $S=[(1,0,\frac32),(0,1,-\frac12)]$.

Na chvíľu sa zastavme na tomto mieste. Zistili sme, že $\dim S=2$. Súčasne ale $S\subseteq S+T\subseteq \mathbb R^3$, čo znamená, že $S+T$ môže mať iba dimenziu 2 (a v tom prípade sa rovná priestoru $S$) alebo dimenziu 3.
Stačí ním teda vyskúšať, či vektory generujúce $T$ patria do $S$. (Čo vieme urobiť ľahko.) Ak áno, tak $S=T=S+T$. Ak nie, tak $S+T=\mathbb R^3$. V našom prípade zistíme, že $(2,1,1)\notin S$, a teda už vieme, že $S+T=\mathbb R^3$.

Takúto úvahu sme mohli urobiť iba vďaka tomu, že zhodou okolností mal podpriestor $S$ kodimenziu 1. Je fajn, že teda už vieme, čo máme dostať; skúsme sa pozrieť na to, či nám to vyjde aj štandadným spôsobom.

Pre T opäť úpravou na RTM dostaneme $T=[(1,0,-2),(0,1,5)]$.

A pre ich súčet máme $S+T=[(1,0,\frac32),(0,1,-\frac12),(1,0,-2),(0,1,5)]=[(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)]=\mathbb R^3$.

Pôvodnú úlohu máme teda vyriešenú - našli sme bázu a dimenziu $S+T$.

Zistili sme však aj niečo navyše. Vieme, že $\dim S= \dim T=2$ a $\dim(S+T)=3$. Z Grassmanovej formuly nám potom vyjde $\dim(S\cap T)=1$.

Doplnková úloha: Vedeli by ste nájsť aj bázu $S\cap T$? (Už viete, že má pozostávať z jediného vektora.)
Martin Sleziak
Posts: 5537
Joined: Mon Jan 02, 2012 5:25 pm

Re: Báza súčtu podpriestorov

Post by Martin Sleziak »

Ak by boli k tomuto postupu nejaké poznámky/otázky, tak sa samozrejme treba ozvať.

Ak by ste chceli nejaké ďalšie príklady tohoto typu, tak nejaké máte asi aj v sadách, ktoré som vám dával.

Ak ich treba viac, tak sa azda dá dostať aj k nejakým zbierkam úloh. A pri troche snahy nájdete veľa podobných príkladov online:
* http://www.google.com/search?q=find+bas ... change.com
* http://www.google.com/search?q=find+bas ... change.com
* http://www.google.com/search?q=find+bas ... change.com

Ak budete nejaké príklady tohoto typu rátať a budú s nimi problémy, tak napíšte napríklad sem alebo začnite nový topic.
Post Reply