تمرین ۹ بخش ۱.۲: بررسی استقلال خطی پس از تغییر یک بردار با ترکیب خطی
اثبات یا ارائه یک مثال نقض: اگر یک لیست مستقل خطی از بردارها در باشد، آنگاه لیست
نیز مستقل خطی است.
۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله
- دادههای مسئله:
- فضای برداری روی میدان (که در سراسر کتاب آکسلر یا است).
- لیست مستقل خطی است.
- حکم مسئله:
- آیا تغییر دادن بردار اول به و دستنخورده باقی ماندن سایر بردارها، استقلال خطی لیست را حفظ میکند؟ (اثبات یا مثال نقض).
- چکلیست ابزارهای مورد نیاز:
۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)
گزاره درست است و آن را با یک اثبات مستقیم با استفاده از تعریف استقلال خطی نشان میدهیم:
- ترکیب خطی مساوی صفر از عناصر لیست جدید تشکیل میدهیم:
- ضرایب را بر حسب بردارهای لیست اولیه یعنی بازنویسی و دستهبندی میکنیم:
- به دلیل استقلال خطی ، تکتک ضرایب باید صفر شوند.
- ضریب برابر است؛ چون ، نتیجه میشود .
- با صفر شدن ، ضریب نیز میدهد ، و بقیه ضرایب نیز بلافاصله صفر میشوند.
۳. حل تشریحی گامبهگام (Step-by-Step Solution)
گام اول (تشکیل معادله با ضرایب اسکالر): فرض کنید اسکالرهایی مانند وجود داشته باشند به طوری که:
گام دوم (گروهبندی جملات بر حسب بردارهای ): با توزیع روی دو جمله اول و مرتبسازی جملات داریم:
با فاکتورگیری از :
گام سوم (استفاده از استقلال خطی لیست اولیه): طبق فرض مسئله، لیست اولیه مستقل خطی است. بنا به تعریف ۱۵.۲، تنها راهی که ترکیب خطی بالا میتواند بردار صفر باشد این است که تمام ضرایب بردارها صفر باشند. بنابراین:
- برای بردار :
- برای بردار :
- برای بردارهای با :
گام چهارم (استنتاج صفر بودن تمامی ضرایب ):
- در معادله اول، چون در میدان (اعداد حقیقی یا مختلط) عدد ۵ ناصفر است ()، میتوان طرفین را در وارون ضربی آن () ضرب کرد:
- با جایگذاری در معادله دوم:
- از گام سوم نیز مستقیماً داشتیم:
بنابراین تمامی اسکالرهای همگی برابر صفر هستند.
گام پنجم (نتیجهگیری): چون معادله ترکیب خطی مساوی صفر تنها دارای جواب بدیهی است، طبق تعریف، لیست مستقل خطی است
۴. دامهای رایج در حل این تیپ مسئله
- نقش حیاتی ضریب غیرصفر بردار اول: دقت کنید که اگر به جای عبارت (یعنی فقط ) قرار میگرفت، لیست جدید شامل دو بردار موازی و میشد و فوراً وابسته خطی میگردید! استقلال خطی به دلیل ناصفر بودن ضریب حفظ شده است.
- میدانهای با مشخصه ۵ (نکته پیشرفته): اگر میدان فرضی دارای مشخصه ۵ میبود (مانند میدان متناهی )، آنگاه در آن میدان میشد و گزاره نقض میگردید. اما در قرارداد کتاب آکسلر، همواره یا است که در آنها قطعی است.
۵. پیوندها
- مفاهیم تئوری مرتبط: تعریف ۱۵.۲ استقلال خطی
- فهرست تمرینهای این بخش: 00-MOCs/MOC حل تمرینات جبر خطی