تمرین ۲۱ بخش ۳.۱: یافتن متمم جمع مستقیم برای زیرفضایی در
فرض کنید
یک زیرفضا از پیدا کنید به طوری که
۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله
- دادههای مسئله:
- فضای مادر .
- زیرفضای دوبعدی که تمام بردارهای آن توسط دو پارامتر آزاد و (مؤلفههای اول و دوم) کنترل میشوند.
- حکم مسئله:
- معرفی یک زیرفضای و اثبات مستقیم برقراری شرایط جمع مستقیم:
- معرفی یک زیرفضای و اثبات مستقیم برقراری شرایط جمع مستقیم:
- چکلیست ابزارهای مورد نیاز:
۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)
- در تعریف زیرفضای ، دو مؤلفه اول و دوم ( و ) کاملاً تعیینکننده مؤلفههای بعدی (سوم، چهارم و پنجم) هستند.
- بنابراین، اگر مؤلفههای اول و دوم را در زیرفضای برابر با صفر قرار دهیم و به سه مؤلفه آخر آزادی کامل بدهیم، اشتراک مجبور خواهد شد صفر شود (چون و کل بردار را صفر میکند) و آزادی سه مؤلفه آخر نیز کل فضا را پوشش خواهد داد.
- انتخاب طبیعی:
۳. حل تشریحی گامبهگام (Step-by-Step Solution)
گام اول: تعریف زیرفضای مجموعه را به صورت زیر تعریف میکنیم:
به سادگی مشاهده میشود که شامل بردار صفر است و تحت جمع و ضرب اسکالر بسته است؛ بنابراین یک زیرفضای است (در واقع ).
**گام دوم: بررسی شرط اشتراک صفر (v = (v_1, v_2, v_3, v_4, v_5) \in U \cap W$.
- از یک سو چون ، مقادیر وجود دارند به طوری که:
- از سوی دیگر چون ، دو مؤلفه اول باید صفر باشند: بنابراین: با قرار دادن و در فرمول بردار : پس تنها بردار مشترک در و بردار صفر است:
گام سوم: بررسی شرط مجموع () فرض کنید یک بردار دلخواه باشد. میخواهیم بردار را به صورت حاصلجمع بنویسیم که در آن و . برای عضویت در ، دو مؤلفه اول باید برابر با و باشند:
بردار متناظر در را تشکیل میدهیم:
حال بردار تفاضل را محاسبه میکنیم:
دو مؤلفه اول صفر هستند، بنابراین . در نتیجه:
این نشان میدهد که هر بردار از در قرار دارد، پس:
نتیجهگیری: طبق قضیه ۴۲.۱ آکسلر، چون و ، جمع مستقیم برقرار است:
۴. دامهای رایج در حل این تیپ مسئله
- توجه به بعد فضاها: بعد فضای مادر ۵ و بعد زیرفضای برابر ۲ است. بنابراین متمم جمع مستقیم حتماً باید زیرفضایی ۳ بعدی باشد. انتخاب ۳ متغیر آزاد در تضمینکننده پوشش ۳ بعد باقیمانده است.
۵. پیوندها
- مفاهیم تئوری مرتبط: تعریف ۳۹.۱ جمع مستقیم | قضیه ۴۲.۱ | تمرین ۲۰
- فهرست تمرینهای این بخش: 00-MOCs/MOC حل تمرینات جبر خطی