رفتن به متن
باغ ریاضی
تمرین ۵ بخش ۱.۲ یافتن مقدار پارامتر برای وابستگی خطی سه بردار در R3
تنظیمات مطالعه
تنظیمات مطالعه

تمرین ۵ بخش ۱.۲ یافتن مقدار پارامتر برای وابستگی خطی سه بردار در R3

یادداشت شما ذخیره شد

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

تمرین ۵ بخش ۱.۲: یافتن مقدار پارامتر برای وابستگی خطی سه بردار در R3

صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

عدد tt را پیدا کنید به طوری که لیست بردارها

(3,1,4),  (2,−3,5),  (5,9,t)(3, 1, 4), \; (2, -3, 5), \; (5, 9, t)

در R3\mathbb{R}^3 مستقل خطی نباشد (یعنی وابسته خطی باشد).


۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله


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

روش‌های دترمینان و ماتریس در فصل‌های نخست کتاب آکسلر وجود ندارند. ما از رویکرد ناب جبری با استفاده از لم وابستگی خطی (۱۹.۲ آکسلر) مسئله را حل می‌کنیم:

  1. ابتدا بررسی می‌کنیم که آیا دو بردار اول مستقل خطی هستند؟ طبق تمرین ۴، دو بردار مستقلند اگر هیچ‌کدام مضرب دیگری نباشد.
  2. با اثبات استقلال خطی (v1,v2)(v_1, v_2)، طبق لم وابستگی خطی، لیست سه عضوی (v1,v2,v3)(v_1, v_2, v_3) وابسته خطی خواهد بود اگر و تنها اگر بردار سوم در گستره دو بردار اول قرار گیرد: v3∈span⁡(v1,v2)v_3 \in \operatorname{span}(v_1, v_2)
  3. معادله v3=av1+bv2v_3 = a v_1 + b v_2 را تشکیل داده و با استفاده از دو مؤلفه اول، مقادیر یکتای ضرایب aa و bb را می‌یابیم.
  4. با جایگذاری در مؤلفه سوم، مقدار پارامتر tt را به دست می‌آوریم.

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

حل دقیق و بدون پرش محاسباتی

گام اول (بررسی استقلال خطی دو بردار نخست): دو بردار اول را در نظر بگیرید:

v1=(3,1,4),v2=(2,−3,5)v_1 = (3, 1, 4), \quad v_2 = (2, -3, 5)

اگر v2=cv1v_2 = c v_1 برای اسکلاری چون cc، آنگاه از مؤلفه دوم باید داشته باشیم −3=c(1)  ⟹  c=−3-3 = c(1) \implies c = -3. اما در مؤلفه اول: c(3)=(−3)(3)=−9≠2c(3) = (-3)(3) = -9 \neq 2. پس v2v_2 مضرب اسکالر v1v_1 نیست و هیچ‌یک نیز صفر نیستند. طبق تمرین ۴(ب)، لیست (v1,v2)(v_1, v_2) مستقل خطی است.

گام دوم (اعمال لم وابستگی خطی آکسلر): طبق لم وابستگی خطی (لم ۱۹.۲)، اگر لیستی وابسته خطی باشد و اولین بردار آن صفر نباشد، عنصری در لیست وجود دارد که در گستره بردارهای قبل از خود قرار دارد. چون (v1)(v_1) مستقل است و (v1,v2)(v_1, v_2) نیز مستقل است، تنها عنصری که می‌تواند در گستره عناصر ماقبل خود قرار گیرد بردار سوم یعنی v3v_3 است. بنابراین لیست (v1,v2,v3)(v_1, v_2, v_3) وابسته خطی است اگر و فقط اگر:

v3∈span⁡(v1,v2)v_3 \in \operatorname{span}(v_1, v_2)

یعنی اسکالرهایی مانند a,b∈Ra, b \in \mathbb{R} وجود داشته باشند به طوری که:

(5,9,t)=a(3,1,4)+b(2,−3,5)(5, 9, t) = a(3, 1, 4) + b(2, -3, 5)

گام سوم (حل دستگاه روابط جبری): معادله برداری فوق به دستگاه معادلات زیر برای هر مؤلفه تجزیه می‌شود:

{3a+2b=5(مؤلفه اول)a−3b=9(مؤلفه دوم)4a+5b=t(مؤلفه سوم)\begin{cases} 3a + 2b = 5 & \text{(مؤلفه اول)} \\ a - 3b = 9 & \text{(مؤلفه دوم)} \\ 4a + 5b = t & \text{(مؤلفه سوم)} \end{cases}

از معادله مؤلفه دوم، aa را بر حسب bb به دست می‌آوریم:

a=3b+9a = 3b + 9

این مقدار را در معادله مؤلفه اول جایگذاری می‌کنیم:

3(3b+9)+2b=5  ⟹  9b+27+2b=53(3b + 9) + 2b = 5 \implies 9b + 27 + 2b = 5

11b+27=5  ⟹  11b=−22  ⟹  b=−211b + 27 = 5 \implies 11b = -22 \implies b = -2

حال مقدار aa را محاسبه می‌کنیم:

a=3(−2)+9=−6+9=3a = 3(-2) + 9 = -6 + 9 = 3

گام چهارم (محاسبه مقدار tt و اعتبارسنجی): با داشتن مقادیر یکتای ضرایب a=3a = 3 و b=−2b = -2، آن‌ها را در معادله مؤلفه سوم قرار می‌دهیم:

t=4a+5b=4(3)+5(−2)=12−10=2t = 4a + 5b = 4(3) + 5(-2) = 12 - 10 = 2

بررسی صحت نتیجه: اگر t=2t = 2 باشد، ترکیب خطی زیر را تشکیل می‌دهیم:

3v1−2v2−v3=3(3,1,4)−2(2,−3,5)−(5,9,2)3 v_1 - 2 v_2 - v_3 = 3(3, 1, 4) - 2(2, -3, 5) - (5, 9, 2)

=(9,3,12)−(4,−6,10)−(5,9,2)=(9−4−5,  3−(−6)−9,  12−10−2)=(0,0,0)= (9, 3, 12) - (4, -6, 10) - (5, 9, 2) = (9-4-5, \; 3-(-6)-9, \; 12-10-2) = (0, 0, 0)

ضرایب ترکیب خطی عبارتند از (3,−2,−1)(3, -2, -1) که هیچ‌کدام صفر نیستند؛ بنابراین بردارها وابسته خطی هستند.

مقدار مورد نظر برابر است با:

t=2■t = 2 \quad \blacksquare

۴. دام‌های رایج در حل این تیپ مسئله

نکات باریک‌تر از مو

  • استفاده از روش دترمینان: استفاده از دترمینان برای صفر کردن ماتریس 3×33 \times 3 گرچه جواب عددی را می‌دهد، اما خارج از ساختار آموزشی فصل دوم کتاب آکسلر است که بر پایه مفهوم گستره و لم وابستگی خطی بنا شده است.
  • اشتباهات علامتی در حل دستگاه: دقت در منفی بودن ضرایب (مانند −3b-3b در مؤلفه دوم) از بروز خطاهای رایج محاسباتی جلوگیری می‌کند.

۵. پیوندها

پیوندهای این یادداشت ۵

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.


  • تعریف ۱۷.۲ وابستگی خطی
    پیش‌نمایش

    تعریف ۱۷.۲: وابستگی خطی (Linear Dependence)

    چکیده مفهومی

    یک لیست از بردارها وابسته خطی است اگر مستقل خطی نباشد؛ یعنی بتوان بردار صفر را با ضرایبی ساخت که حداقل یکی از آن‌ها غیرصفر باشد (وجود بردار زاید یا هم‌پوشان).


  • لم ۱۹.۲ لم وابستگی خطی (Linear Dependence Lemma)
    پیش‌نمایش

    لم ۱۹.۲: لم وابستگی خطی (Linear Dependence Lemma)

    قلب تپنده کتاب شلدون آکسلر

    اگر یک لیست از بردارها وابسته خطی باشد، آنگاه حداقل یکی از بردارها وجود دارد که در «گستره بردارهای پیش از خود» قرار گرفته است؛ و مهم‌تر اینکه، می‌توان این بردار زاید را از لیست حذف کرد بدون اینکه ذره‌ای از گستره (Span) کل لیست کاسته شود!


  • 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