رفتن به متن
باغ ریاضی
تمرین ۹ بخش ۱.۲ بررسی استقلال خطی پس از تغییر یک بردار با ترکیب خطی
تنظیمات مطالعه
تنظیمات مطالعه

تمرین ۹ بخش ۱.۲ بررسی استقلال خطی پس از تغییر یک بردار با ترکیب خطی

یادداشت شما ذخیره شد

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

تمرین ۹ بخش ۱.۲: بررسی استقلال خطی پس از تغییر یک بردار با ترکیب خطی

صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

اثبات یا ارائه یک مثال نقض: اگر v1,v2,…,vmv_1, v_2, \dots, v_m یک لیست مستقل خطی از بردارها در VV باشد، آنگاه لیست

5v1−4v2,  v2,  v3,…,vm5v_1 - 4v_2, \; v_2, \; v_3, \dots, v_m

نیز مستقل خطی است.


۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله

  • داده‌های مسئله:
    • فضای برداری VV روی میدان F\mathbb{F} (که در سراسر کتاب آکسلر R\mathbb{R} یا C\mathbb{C} است).
    • لیست v1,v2,…,vmv_1, v_2, \dots, v_m مستقل خطی است.
  • حکم مسئله:
    • آیا تغییر دادن بردار اول به 5v1−4v25v_1 - 4v_2 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:

  1. ترکیب خطی مساوی صفر از عناصر لیست جدید تشکیل می‌دهیم: c1(5v1−4v2)+c2v2+c3v3+⋯+cmvm=0c_1 (5v_1 - 4v_2) + c_2 v_2 + c_3 v_3 + \dots + c_m v_m = 0
  2. ضرایب را بر حسب بردارهای لیست اولیه یعنی v1,…,vmv_1, \dots, v_m بازنویسی و دسته‌بندی می‌کنیم: (5c1)v1+(c2−4c1)v2+c3v3+⋯+cmvm=0(5c_1) v_1 + (c_2 - 4c_1) v_2 + c_3 v_3 + \dots + c_m v_m = 0
  3. به دلیل استقلال خطی v1,…,vmv_1, \dots, v_m، تک‌تک ضرایب باید صفر شوند.
  4. ضریب v1v_1 برابر 5c1=05c_1 = 0 است؛ چون 5≠05 \neq 0، نتیجه می‌شود c1=0c_1 = 0.
  5. با صفر شدن c1c_1، ضریب v2v_2 نیز می‌دهد c2=0c_2 = 0، و بقیه ضرایب نیز بلافاصله صفر می‌شوند.

۳. حل تشریحی گام‌به‌گام (Step-by-Step Solution)

حل دقیق و بدون پرش محاسباتی

گام اول (تشکیل معادله با ضرایب اسکالر): فرض کنید اسکالرهایی مانند c1,c2,…,cm∈Fc_1, c_2, \dots, c_m \in \mathbb{F} وجود داشته باشند به طوری که:

c1(5v1−4v2)+c2v2+c3v3+⋯+cmvm=0c_1 (5v_1 - 4v_2) + c_2 v_2 + c_3 v_3 + \dots + c_m v_m = 0

گام دوم (گروه‌بندی جملات بر حسب بردارهای vkv_k): با توزیع c1c_1 روی دو جمله اول و مرتب‌سازی جملات داریم:

5c1v1−4c1v2+c2v2+c3v3+⋯+cmvm=05c_1 v_1 - 4c_1 v_2 + c_2 v_2 + c_3 v_3 + \dots + c_m v_m = 0

با فاکتورگیری از v2v_2:

(5c1)v1+(c2−4c1)v2+c3v3+⋯+cmvm=0(5c_1) v_1 + (c_2 - 4c_1) v_2 + c_3 v_3 + \dots + c_m v_m = 0

گام سوم (استفاده از استقلال خطی لیست اولیه): طبق فرض مسئله، لیست اولیه v1,v2,…,vmv_1, v_2, \dots, v_m 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:

  1. برای بردار v1v_1: 5c1=05c_1 = 0
  2. برای بردار v2v_2: c2−4c1=0c_2 - 4c_1 = 0
  3. برای بردارهای vkv_k با k≥3k \ge 3: ck=0(∀k∈{3,…,m})c_k = 0 \quad (\forall k \in \{3, \dots, m\})

گام چهارم (استنتاج صفر بودن تمامی ضرایب ckc_k):

  • در معادله اول، چون در میدان F\mathbb{F} (اعداد حقیقی یا مختلط) عدد ۵ ناصفر است (5≠05 \neq 0)، می‌توان طرفین را در وارون ضربی آن (15\frac{1}{5}) ضرب کرد: c1=0c_1 = 0
  • با جایگذاری c1=0c_1 = 0 در معادله دوم: c2−4(0)=0  ⟹  c2=0c_2 - 4(0) = 0 \implies c_2 = 0
  • از گام سوم نیز مستقیماً داشتیم: c3=c4=⋯=cm=0c_3 = c_4 = \dots = c_m = 0

بنابراین تمامی اسکالرهای c1,c2,…,cmc_1, c_2, \dots, c_m همگی برابر صفر هستند.

گام پنجم (نتیجه‌گیری): چون معادله ترکیب خطی مساوی صفر تنها دارای جواب بدیهی c1=⋯=cm=0c_1 = \dots = c_m = 0 است، طبق تعریف، لیست 5v1−4v2,v2,v3,…,vm5v_1 - 4v_2, v_2, v_3, \dots, v_m مستقل خطی است ■\blacksquare


۴. دام‌های رایج در حل این تیپ مسئله

نکات باریک‌تر از مو

  • نقش حیاتی ضریب غیرصفر بردار اول: دقت کنید که اگر به جای 5v1−4v25v_1 - 4v_2 عبارت 0v1−4v20v_1 - 4v_2 (یعنی فقط −4v2-4v_2) قرار می‌گرفت، لیست جدید شامل دو بردار موازی −4v2-4v_2 و v2v_2 می‌شد و فوراً وابسته خطی می‌گردید! استقلال خطی به دلیل ناصفر بودن ضریب v1v_1 حفظ شده است.
  • میدان‌های با مشخصه ۵ (نکته پیشرفته): اگر میدان فرضی دارای مشخصه ۵ می‌بود (مانند میدان متناهی Z5\mathbb{Z}_5)، آنگاه در آن میدان 5=05 = 0 می‌شد و گزاره نقض می‌گردید. اما در قرارداد کتاب آکسلر، F\mathbb{F} همواره R\mathbb{R} یا C\mathbb{C} است که در آن‌ها 5≠05 \neq 0 قطعی است.

۵. پیوندها

پیوندهای این یادداشت ۲

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.


  • 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