تمرین ۱۱ بخش ۱.۲: بررسی استقلال خطی مجموع نظیر به نظیر دو لیست مستقل
اثبات یا ارائه یک مثال نقض: اگر و لیستهای مستقل خطی از بردارها در باشند، آنگاه لیست
مستقل خطی است.
۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله
- دادههای مسئله:
- فضای برداری .
- دو لیست مستقل خطی با طول برابر :
- لیست اول:
- لیست دوم:
- حکم مسئله:
- آیا جمع نظیر به نظیر عناصر این دو لیست، لزوماً لیستی مستقل خطی تولید میکند؟
- چکلیست ابزارهای مورد نیاز:
۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)
گزاره به طور کلی نادرست است! برای ابطال گزاره کافی است یک مثال نقض (Counterexample) ساده و مشخص ارائه دهیم:
- در سادهترین حالت (): یک بردار ناصفر مستقل خطی است. قرینه آن نیز ناصفر و مستقل خطی است، اما مجموع آنها بردار صفر است که وابسته خطی است.
- برای تعمیم به حالت کلی و حتی بدون استفاده از بردار صفر، میتوان در دو پایه استاندارد را با ترتیب متفاوت در نظر گرفت به گونهای که جمع آنها بردارهای موازی و مساوی تولید کند.
۳. حل تشریحی گامبهگام (Step-by-Step Solution)
حکم مورد ادعا نادرست است. در ادامه دو مثال نقض صریح ارائه میشود:
مثال نقض اول (با بردار صفر در مجموع):
فرض کنید و .
- بردار اول: . چون ، طبق تمرین ۴(الف)، لیست تکعضوی مستقل خطی است.
- بردار دوم: . چون ، طبق تمرین ۴(الف)، لیست تکعضوی نیز مستقل خطی است.
- اکنون مجموع نظیر به نظیر را محاسبه میکنیم: حاصل، بردار صفر است. هر لیست شامل بردار صفر (از جمله لیست تکعضوی ) وابسته خطی است، زیرا برای اسکالر داریم: بنابراین لیست مجموع، مستقل خطی نیست.
مثال نقض دوم (برای با بردارهای مجموع غیرصفر):
فرض کنید و .
- لیست اول: بردارهای پایه استاندارد را انتخاب میکنیم: این لیست در مستقل خطی است.
- لیست دوم: جای دو بردار را عوض میکنیم: این لیست نیز مستقل خطی است.
- اکنون مجموع نظیر به نظیر را تشکیل میدهیم: لیست مجموع عبارت است از: این دو بردار با یکدیگر برابرند (). ترکیب خطی زیر را در نظر بگیرید: ضرایب این ترکیب هستند که صفر نیستند. طبق تعریف ۱۷.۲، لیست وابسته خطی است.
بنابراین گزاره در حالت کلی نادرست است
۴. دامهای رایج در حل این تیپ مسئله
- تلاش بیهوده برای اثبات درستی: برخی تصور میکنند چون جمع زیرفضاها خاصیت خطی دارد، استقلال خطی نیز روی مجموع نظیر به نظیر توزیع میشود. استقلال خطی ارتباط تنگاتنگی با زاویه و عدم همپوشانی بردارها دارد و بردارها میتوانند در اثر جمع یکدیگر را خنثی کنند ().
- کفایت یک مثال نقض: برای رد کردن یک گزاره کلی (که با سور عمومی بیان شده است)، آوردن یک مثال نقض مستند، دقیق و کامل از نظر ریاضی کاملاً کافی است.
۵. پیوندها
- مفاهیم تئوری مرتبط: تعریف ۱۵.۲ استقلال خطی | تعریف ۱۷.۲ وابستگی خطی | تمرین ۴ بخش ۱.۲ استقلال خطی لیستهای تکعضوی و دوعضوی
- فهرست تمرینهای این بخش: 00-MOCs/MOC حل تمرینات جبر خطی