رفتن به متن
باغ ریاضی
تمرین ۱۰ بخش ۱.۲ استقلال خطی تحت ضرب در اسکالر غیرصفر
تنظیمات مطالعه
تنظیمات مطالعه

تمرین ۱۰ بخش ۱.۲ استقلال خطی تحت ضرب در اسکالر غیرصفر

یادداشت شما ذخیره شد

می‌خواهید این تغییرات برای مدیر وب‌سایت هم ارسال شوند؟ نسخهٔ رسمی تنها پس از تأیید تغییر می‌کند.

تمرین ۱۰ بخش ۱.۲: استقلال خطی تحت ضرب در اسکالر غیرصفر

صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

اثبات یا ارائه یک مثال نقض: اگر v1,v2,…,vmv_1, v_2, \dots, v_m یک لیست مستقل خطی از بردارها در VV باشد و λ∈F\lambda \in \mathbb{F} با λ≠0\lambda \neq 0، آنگاه لیست

λv1,  λv2,  …,  λvm\lambda v_1, \; \lambda v_2, \; \dots, \; \lambda v_m

مستقل خطی است.


۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله

  • داده‌های مسئله:
    • فضای برداری VV روی میدان F\mathbb{F}.
    • لیست v1,…,vmv_1, \dots, v_m مستقل خطی در VV.
    • اسکالر λ∈F\lambda \in \mathbb{F} با شرط اکید λ≠0\lambda \neq 0.
  • حکم مسئله:
    • بررسی مستقل خطی بودن لیست (λv1,…,λvm)(\lambda v_1, \dots, \lambda v_m) (اثبات یا مثال نقض).
  • چک‌لیست ابزارهای مورد نیاز:

۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)

گزاره درست است. با استفاده از تعریف صریح استقلال خطی:

  1. معادله ترکیب خطی مساوی صفر از بردارها را می‌نویسیم: c1(λv1)+⋯+cm(λvm)=0c_1 (\lambda v_1) + \dots + c_m (\lambda v_m) = 0
  2. با استفاده از خاصیت شرکت‌پذیری ضرب اسکالر (ck(λvk)=(ckλ)vkc_k(\lambda v_k) = (c_k \lambda) v_k)، رابطه را به یک ترکیب خطی از بردارهای اصلی vkv_k تبدیل می‌کنیم.
  3. استقلال خطی لیست اصلی ایجاب می‌کند تمام ضرایب جدید صفر باشند: ckλ=0c_k \lambda = 0.
  4. چون λ≠0\lambda \neq 0 است، میدان فاقد مقسوم‌علیه صفر است و ضرب در λ−1\lambda^{-1} نشان می‌دهد که ck=0c_k = 0 برای همه kk.

۳. حل تشریحی گام‌به‌گام (Step-by-Step Solution)

حل دقیق و بدون پرش محاسباتی

گام اول (تشکیل معادله همگن): فرض کنید c1,…,cm∈Fc_1, \dots, c_m \in \mathbb{F} اسکالرهایی باشند به گونه‌ای که:

c1(λv1)+c2(λv2)+⋯+cm(λvm)=0c_1 (\lambda v_1) + c_2 (\lambda v_2) + \dots + c_m (\lambda v_m) = 0

گام دوم (بسط و اعمال خواص شرکت‌پذیری): طبق اصول موضوعه فضای برداری (خواص ضرب اسکالر):

∀k∈{1,…,m}:ck(λvk)=(ckλ)vk\forall k \in \{1, \dots, m\}: \quad c_k (\lambda v_k) = (c_k \lambda) v_k

بنابراین معادله فوق به شکل زیر بازنویسی می‌شود:

(c1λ)v1+(c2λ)v2+⋯+(cmλ)vm=0(c_1 \lambda) v_1 + (c_2 \lambda) v_2 + \dots + (c_m \lambda) v_m = 0

گام سوم (اعمال استقلال خطی لیست اصلی): طبق فرض، لیست v1,…,vmv_1, \dots, v_m مستقل خطی است. پس تنها ترکیب خطی ممکن از این بردارها که برابر با بردار صفر می‌شود، ترکیبی است که همه ضرایب آن صفر باشند. بنابراین:

ckλ=0(∀k∈{1,…,m})c_k \lambda = 0 \quad (\forall k \in \{1, \dots, m\})

گام چهارم (استفاده از وارون‌پذیری اسکالر λ\lambda): چون فرض شده است λ≠0\lambda \neq 0 و عناصر میدان دارای وارون ضربی هستند، عدد λ−1=1λ∈F\lambda^{-1} = \frac{1}{\lambda} \in \mathbb{F} وجود دارد. با ضرب طرفین هر رابطه در λ−1\lambda^{-1}:

(ckλ)λ−1=0⋅λ−1  ⟹  ck(λλ−1)=0  ⟹  ck⋅1=0  ⟹  ck=0(c_k \lambda) \lambda^{-1} = 0 \cdot \lambda^{-1} \implies c_k (\lambda \lambda^{-1}) = 0 \implies c_k \cdot 1 = 0 \implies c_k = 0

این نتیجه برای تمامی k∈{1,…,m}k \in \{1, \dots, m\} برقرار است:

c1=c2=⋯=cm=0c_1 = c_2 = \dots = c_m = 0

گام پنجم (نتیجه‌گیری): چون معادله اولیه تنها جواب بدیهی c1=⋯=cm=0c_1 = \dots = c_m = 0 را دارد، نتیجه می‌گیریم که لیست λv1,…,λvm\lambda v_1, \dots, \lambda v_m مستقل خطی است ■\blacksquare


۴. دام‌های رایج در حل این تیپ مسئله

نکات باریک‌تر از مو

  • چرا شرط λ≠0\lambda \neq 0 حیاتی است؟ اگر λ=0\lambda = 0 باشد، تمام بردارهای لیست به بردار صفر تبدیل می‌شوند: 0v1,…,0vm=0,…,00 v_1, \dots, 0 v_m = 0, \dots, 0 طبق تمرین ۴(الف) و تعریف ۱۷.۲، هر لیستی که شامل بردار صفر باشد بلافاصله وابسته خطی است! پس گزاره بدون فرض λ≠0\lambda \neq 0 کاملاً نادرست خواهد بود.

۵. پیوندها

پیوندهای این یادداشت ۳

یادداشت‌هایی که از این صفحه به آن‌ها پیوند داده شده است.

  • تعریف ۱۵.۲ استقلال خطی
    پیش‌نمایش

    تعریف ۱۵.۲: استقلال خطی (Linear Independence)

    چکیده مفهومی

    استقلال خطی یعنی هیچ برداری در لیست زاید نیست و هر بردار جهت جدیدی را به ارمغان می‌آورد؛ این ویژگی معادل آن است که بردار صفر را تنها و تنها با ضرایب کاملاً صفر بتوان ساخت، و هر بردار دیگر در گستره دارای نمایش «یکتا» باشد.


  • تمرین ۴ بخش ۱.۲ استقلال خطی لیست‌های تک‌عضوی و دو‌عضوی
    پیش‌نمایش

    تمرین ۴ بخش ۱.۲: استقلال خطی لیست‌های تک‌عضوی و دو‌عضوی

    صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

    (الف) نشان دهید یک لیست به طول یک در یک فضای برداری مستقل خطی است اگر و فقط اگر بردار در لیست صفر نباشد.
    (ب) نشان دهید یک لیست به طول دو در یک فضای برداری مستقل خطی است اگر و فقط اگر هیچ یک از دو بردار در لیست مضرب اسکالر دیگری نباشد.


  • MOC حل تمرینات جبر خطی
    پیش‌نمایش

    ✍️ نقشه راه و بانک جامع حل تمرینات جبر خطی آکسلر (فصل ۱ و ۲)

    حل تشریحی ۱۰۰٪ تمرینات کتاب بدون پرش محاسباتی

    تمام ۹۸ تمرین پایان بخش‌های فصول اول و دوم کتاب جبر خطی آکسلر (ویرایش چهارم ترجمه فارسی) با جزئیات کامل، تحلیل استراتژی حل، اثبات گام‌به‌گام و هشدارهای امتحانی نوشته و طبقه‌بندی شده‌اند.


ارجاعات به این یادداشت ۱

یادداشت‌هایی که به این صفحه پیوند داده‌اند.

حالت ارائه