تمرین ۱۰ بخش ۳.۱: اثبات اینکه اشتراک دو زیرفضا یک زیرفضاست
فرض کنید و زیرفضاهایی از هستند. ثابت کنید که اشتراک یک زیرفضا از است.
۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله
- دادههای مسئله:
- فضای برداری روی میدان .
- دو زیرفضای و از .
- حکم مسئله:
- اثبات اینکه مجموعه یک زیرفضای است.
- چکلیست ابزارهای مورد نیاز:
۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)
- روش اثبات مستقیم با استفاده از آزمون شرایط سهگانه:
- نشان میدهیم عضو صفر در هر دو زیرفضا حضور دارد، پس در اشتراک آنهاست.
- دو عضو دلخواه از اشتراک برمیداریم و نشان میدهیم حاصلجمعشان چون در هر دو زیرفضا هست، در اشتراک نیز باقی میماند.
- نشان میدهیم مضرب اسکالر هر عضو اشتراک، به دلیل بسته بودن تکتک زیرفضاها، در هر دو وجود دارد و بنابراین در اشتراک قرار میگیرد.
۳. حل تشریحی گامبهگام (Step-by-Step Solution)
گام اول: بررسی عضو همانی جمعی (وجود بردار صفر) چون یک زیرفضای است، طبق شرط اول زیرفضا داریم:
به طور مشابه، چون یک زیرفضای است، داریم:
بردار صفر در هر دو مجموعه حضور دارد؛ بنابراین طبق تعریف اشتراک:
گام دوم: بسته بودن تحت عمل جمع فرض کنید دو بردار دلخواه باشند. طبق تعریف اشتراک دو مجموعه:
حال از زیرفضا بودن و استفاده میکنیم:
- چون زیرفضا است، تحت جمع بسته است: .
- چون زیرفضا است، تحت جمع بسته است: . بردار متعلق به هر دو زیرفضا است، پس در اشتراک آنها قرار دارد:
گام سوم: بسته بودن تحت ضرب اسکالر فرض کنید یک اسکالر دلخواه و باشد. طبق تعریف اشتراک:
مجدداً از ویژگی زیرفضا بودن استفاده میکنیم:
- چون زیرفضا است، تحت ضرب اسکالر بسته است: .
- چون زیرفضا است، تحت ضرب اسکالر بسته است: . بنابراین بردار به هر دو مجموعه تعلق داشته و در اشتراک قرار دارد:
نتیجهگیری: هر سه شرط قضیه ۳۲.۱ آکسلر برقرار هستند. بنابراین یک زیرفضا از است.
۴. دامهای رایج در حل این تیپ مسئله
- هرگز نباید اشتراک () را با اجتماع () اشتباه گرفت؛ اشتراک زیرفضاها همواره زیرفضاست، اما اجتماع آنها تقریباً هرگز زیرفضا نمیشود (مگر یکی مشمول در دیگری باشد؛ تمرین ۱۲).
۵. پیوندها
- مفاهیم تئوری مرتبط: تعریف ۳۱.۱ زیرفضا | قضیه ۳۲.۱ شرایط سهگانه | قضیه ۳۵.۱
- فهرست تمرینهای این بخش: 00-MOCs/MOC حل تمرینات جبر خطی