رفتن به متن
باغ ریاضی
تمرین ۱۱ بخش ۱.۲ بررسی استقلال خطی مجموع نظیر به نظیر دو لیست مستقل
تنظیمات مطالعه
تنظیمات مطالعه

تمرین ۱۱ بخش ۱.۲ بررسی استقلال خطی مجموع نظیر به نظیر دو لیست مستقل

یادداشت شما ذخیره شد

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

تمرین ۱۱ بخش ۱.۲: بررسی استقلال خطی مجموع نظیر به نظیر دو لیست مستقل

صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

اثبات یا ارائه یک مثال نقض: اگر v1,…,vmv_1, \dots, v_m و w1,…,wmw_1, \dots, w_m لیست‌های مستقل خطی از بردارها در VV باشند، آنگاه لیست

v1+w1,  …,  vm+wmv_1 + w_1, \; \dots, \; v_m + w_m

مستقل خطی است.


۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله


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 (m=1m=1): یک بردار ناصفر v1v_1 مستقل خطی است. قرینه آن w1=−v1w_1 = -v_1 نیز ناصفر و مستقل خطی است، اما مجموع آن‌ها v1+w1=0v_1 + w_1 = 0 بردار صفر است که وابسته خطی است.
  • برای تعمیم به حالت کلی و حتی بدون استفاده از بردار صفر، می‌توان در R2\mathbb{R}^2 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)

حل دقیق و بدون پرش محاسباتی

حکم مورد ادعا نادرست است. در ادامه دو مثال نقض صریح ارائه می‌شود:

مثال نقض اول (با بردار صفر در مجموع):

فرض کنید V=R2V = \mathbb{R}^2 و m=1m = 1.

  • بردار اول: v1=(1,0)∈R2v_1 = (1, 0) \in \mathbb{R}^2. چون v1≠0v_1 \neq 0، طبق تمرین ۴(الف)، لیست تک‌عضوی (v1)(v_1) مستقل خطی است.
  • بردار دوم: w1=(−1,0)∈R2w_1 = (-1, 0) \in \mathbb{R}^2. چون w1≠0w_1 \neq 0، طبق تمرین ۴(الف)، لیست تک‌عضوی (w1)(w_1) نیز مستقل خطی است.
  • اکنون مجموع نظیر به نظیر را محاسبه می‌کنیم: v1+w1=(1,0)+(−1,0)=(0,0)v_1 + w_1 = (1, 0) + (-1, 0) = (0, 0) حاصل، بردار صفر است. هر لیست شامل بردار صفر (از جمله لیست تک‌عضوی ((0,0))((0, 0))) وابسته خطی است، زیرا برای اسکالر c=1≠0c = 1 \neq 0 داریم: 1⋅(v1+w1)=1⋅(0,0)=(0,0)1 \cdot (v_1 + w_1) = 1 \cdot (0, 0) = (0, 0) بنابراین لیست مجموع، مستقل خطی نیست.

مثال نقض دوم (برای m≥2m \ge 2 با بردارهای مجموع غیرصفر):

فرض کنید V=R2V = \mathbb{R}^2 و m=2m = 2.

  • لیست اول: بردارهای پایه استاندارد را انتخاب می‌کنیم: v1=(1,0),v2=(0,1)v_1 = (1, 0), \quad v_2 = (0, 1) این لیست در R2\mathbb{R}^2 مستقل خطی است.
  • لیست دوم: جای دو بردار را عوض می‌کنیم: w1=(0,1),w2=(1,0)w_1 = (0, 1), \quad w_2 = (1, 0) این لیست نیز مستقل خطی است.
  • اکنون مجموع نظیر به نظیر را تشکیل می‌دهیم: u1=v1+w1=(1,0)+(0,1)=(1,1)u_1 = v_1 + w_1 = (1, 0) + (0, 1) = (1, 1) u2=v2+w2=(0,1)+(1,0)=(1,1)u_2 = v_2 + w_2 = (0, 1) + (1, 0) = (1, 1) لیست مجموع عبارت است از: u1,  u2=(1,1),  (1,1)u_1, \; u_2 = (1, 1), \; (1, 1) این دو بردار با یکدیگر برابرند (u1=u2u_1 = u_2). ترکیب خطی زیر را در نظر بگیرید: 1⋅u1+(−1)⋅u2=1(1,1)−1(1,1)=(0,0)1 \cdot u_1 + (-1) \cdot u_2 = 1(1, 1) - 1(1, 1) = (0, 0) ضرایب این ترکیب (1,−1)(1, -1) هستند که صفر نیستند. طبق تعریف ۱۷.۲، لیست u1,u2u_1, u_2 وابسته خطی است.

بنابراین گزاره در حالت کلی نادرست است ■\blacksquare


۴. دام‌های رایج در حل این تیپ مسئله

نکات باریک‌تر از مو

  • 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 (wk=−vkw_k = -v_k).
  • 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

پیوندهای این یادداشت ۴

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).


  • 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