پیشنیاز: زوجهای مرتب و n-تاییهای مرتب
یک -تایی مرتب (یا «لیست» به زبان شلدون آکسلر) دنبالهای منظم از اشیاء است که در آن «ترتیب قرارگیری» و «تکرار عناصر» اهمیت حیاتی دارند؛ بر خلاف مجموعهها، جابهجا کردن یا حذف عناصر تکراری یک لیست، هویت آن را کاملاً تغییر میدهد.
۱. انگیزه و ضرورت در جبر خطی
-
چرا این مفهوم را در کتاب آکسلر میبینیم؟ کتاب شلدون آکسلر در همان صفحات اولیه فصل ۱ (تعاریف ۸.۱ تا ۱۱.۱)، مفهوم «لیست» (List) را سنگبنای تعریف فضای اصلی جبر خطی یعنی قرار میدهد. آکسلر حتی یک مثال اختصاصی (مثال ۹.۱) میزند تا فرق میان لیست و مجموعه را گوشزد کند:
اگر فرق میان و را ندانید، نمیتوانید بفهمید که چرا بردار در صفحه مختصات یک نقطه است و بردار نقطهای کاملاً متفاوت!
همچنین در فصل دوم، مفهوم «پایه» (Basis) به صورت یک «لیست مرتب از بردارها» تعریف میشود، نه یک مجموعه از بردارها؛ زیرا وقتی از مختصات یک بردار نسبت به یک پایه صحبت میکنیم، باید مشخص باشد کدام بردار اول، کدام دوم و کدام -اُم است.
-
مفاهیم متصل در کتاب:
۲. درک شهودی و تصویرسازی ذهنی
یک گاوصندوق رمزدار با ۳ چرخدنده را تصور کنید:
- اگر رمز گاوصندوق باشد:
- آیا میتوانید آن را به صورت وارد کنید و در باز شود؟ خیر! ترتیب مهم است.
- اگر رمز باشد، آیا میتوانید بگویید «چون ۵ تکراری است پس رمز همان است»؟ خیر! تکرار مهم است و طول رمز باید حفظ شود.
حالا این را با یک سبد خرید مقایسه کنید:
- سبد خرید با سبد یکی است (این یک مجموعه است).
- اما آدرس خانه شما در یک شهر: (خیابان ۵، کوچه ۲، پلاک ۱۰) یک سهتایی مرتب است. جابهجا کردن اعداد شما را به خانه شخص دیگری میبرد!
flowchart TD
subgraph S["مجموعه (Set)"]
s1["{2, 5} = {5, 2}"]
s2["ترتیب اهمیتی ندارد"]
s3["تکرار عضو اثری ندارد: {2, 2, 5} = {2, 5}"]
end
subgraph T["لیست مرتب / چندتایی (Tuple)"]
t1["(2, 5) ≠ (5, 2)"]
t2["جایگاه و ترتیب مؤلفهها حیاتی است"]
t3["طول و تکرار حفظ میشود: (2, 2, 5) ≠ (2, 5)"]
end
- نقطه A = (2, 5) دارای طول ۲ و عرض ۵ است.
- نقطه B = (5, 2) دارای طول ۵ و عرض ۲ است.
- این دو نقطه قرینه یکدیگر نسبت به خط نیمساز y = x هستند و نشان میدهند جابهجایی مؤلفهها هویت نقطه را تغییر میدهد.
کد اصلی رسم
appName: classic width: 700 height: 380 showToolBar: false showAlgebraInput: true showMenuBar: false commands: - "A = (2, 5)" - "B = (5, 2)" - "O = (0, 0)" - "u = Vector(O, A)" - "v = Vector(O, B)" - "Pt1 = (6, 6)" - "line2 = Line(O, Pt1)" caption: "تمایز زوجهای مرتب (2, 5) و (5, 2) در صفحه مختصات" explain: - "نقطه A = (2, 5) دارای طول ۲ و عرض ۵ است." - "نقطه B = (5, 2) دارای طول ۵ و عرض ۲ است." - "این دو نقطه قرینه یکدیگر نسبت به خط نیمساز y = x هستند و نشان میدهند جابهجایی مؤلفهها هویت نقطه را تغییر میدهد."
۳. تعریف دقیق و فرمولبندی ریاضی
فرض کنید یک عدد صحیح نامنفی باشد. یک -تایی مرتب (یا لیستی به طول ) از اعضای یک مجموعه ، دنبالهای به شکل زیر است:
که در آن هر را مؤلفه -اُم (Coordinate / Entry) مینامند.
- اگر باشد: زوج مرتب (Ordered pair) مانند .
- اگر باشد: سهتایی مرتب (Ordered triple) مانند .
- اگر باشد: لیست خالی با طول صفر .
دو -تایی مرتب و با هم برابرند اگر و تنها اگر: ۱. طول آنها برابر باشد (). ۲. نظیر به نظیر در تمامی مؤلفهها یکسان باشند:
مجموعه تمام -تاییهای مرتب که مؤلفههای آنها از میدان ( یا ) باشند، با نشان داده میشود:
عملیات اساسی در به صورت مؤلفه به مؤلفه (Component-wise) تعریف میشوند: ۱. جمع برداری:
۲. ضرب اسکالر:
۴. مثالهای عددی گامبهگام
۱. تساوی مجموعهها:
۲. عدم تساوی لیستها:
چون مؤلفه اول سمت چپ ۲ است ولی مؤلفه اول سمت راست ۵ است (). ۳. تفاوت طول لیستها:
طول اولی ۳ است و طول دومی ۲.
فرض کنید دو بردار و در داده شده باشند. مطلوب است محاسبه :
حل گامبهگام: ۱. محاسبه :
۲. محاسبه :
۳. تفریق مؤلفهبهمؤلفه:
نتیجه یک ۳-تایی مرتب در است.
۵. خطاهای رایج و دامهای مفهومی
- اشتباه ۱: استفاده از آکولاد به جای پرانتز: نوشتن بردار به شکل اشتباه است! در جبر خطی، بردارها در حتماً درون پرانتز یا کروشه نوشته میشوند تا تقدم و تاخر مؤلفهها حفظ شود.
- اشتباه ۲: جمع بردار با طولهای مختلف: نمیتوان بردار را با بردار جمع کرد. عمل جمع فقط بین اعضای یک فضای همطول تعریف شده است.
- اشتباه ۳: اشتباه گرفتن بعد فضا با مقدار عددی اعضا: بردار دارای مقدار صفر است، اما طول آن ۴ است؛ یعنی عضوی از فضای چهاربعدی است، نه فضای صفر!
۶. پیوندها و گام بعدی
- پیشنیاز قبلی: پیشنیاز ۵: اعداد مختلط از صفر تا صد
- پیشنیاز بعدی: پیشنیاز ۷: تعبیر هندسی بردارها در صفحه و فضا
- کاربرد در فصلهای آکسلر:
- بازگشت به نقشه راه: MOC پیشنیازهای ریاضی