تمرین ۱۴ بخش ۱.۲: استقلال خطی مجموعهای جزئی یک لیست برداری
فرض کنید یک لیست از بردارها در است. برای هر ، فرض کنید
نشان دهید لیست مستقل خطی است اگر و فقط اگر لیست مستقل خطی باشد.
۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله
- دادههای مسئله:
- فضای برداری .
- لیست .
- مجموعهای جزئی .
- حکم مسئله:
- اثبات همارزی دوطرفه:
- چکلیست ابزارهای مورد نیاز:
۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)
در تمرین ۳ نشان دادیم که گستره این دو مجموعه با هم برابر است. اکنون میخواهیم همارزی استقلال خطی آنها را ثابت کنیم:
- جهت اول (): فرض میکنیم مستقل است. معادله را تشکیل میدهیم، آن را بر حسب بردارهای بازآرایی میکنیم و با استفاده از استقلال خطی ها، ضرایب را از انتها () تا ابتدا () گامبهگام صفر میکنیم.
- جهت دوم (): فرض میکنیم مستقل است. معادله را تشکیل میدهیم، رابطه تفاضلی را جایگذاری کرده و مجدداً با حل یک دستگاه ساده ضرایب را صفر مییابیم.
۳. حل تشریحی گامبهگام (Step-by-Step Solution)
جهت اول (): اگر مستقل خطی باشد، آنگاه مستقل خطی است:
فرض کنید اسکالرهایی مانند وجود دارند به طوری که:
گام اول: جایگذاری تعاریف :
گام دوم: فاکتورگیری بر حسب بردارهای : هر بردار در تمام هایی با ظاهر میشود. بنابراین:
گام سوم: اعمال فرض استقلال خطی : چون مستقل خطی است، تمام ضرایب بالا باید صفر شوند:
گام چهارم: حل رو به عقب (Back-substitution):
- از آخرین رابطه: .
- جایگذاری در رابطه یکی مانده به آخر: .
- با تکرار این فرآیند رو به عقب، به دست میآید: بنابراین لیست مستقل خطی است.
جهت دوم (): اگر مستقل خطی باشد، آنگاه مستقل خطی است:
فرض کنید اسکالرهایی مانند وجود دارند به گونهای که:
گام اول: بیان بر حسب : طبق تمرین ۳ داریم:
گام دوم: جایگذاری در معادله و بازآرایی:
گروهبندی بر حسب بردارهای :
گام سوم: اعمال فرض استقلال خطی : چون لیست مستقل خطی است، تمامی ضرایب ترکیب خطی فوق باید صفر باشند:
گام چهارم: نتیجهگیری:
- از آخرین معادله: .
- از معادله قبلی: .
- با ادامه زنجیره: بنابراین لیست مستقل خطی است.
با اثبات هر دو جهت، شرط لازم و کافی به طور کامل اثبات شد
۴. دامهای رایج در حل این تیپ مسئله
- حل بدون استفاده از ماتریس: دستگاه حاصل در هر دو جهت مثلثی است (یکی بالامثلثی و دیگری پایینمثلثی). در این حل تشریحی، روش جایگذاری بازگشتی (Back-substitution) بدون ارجاع به دترمینان ماتریس انجام شده که دقیقاً منطبق بر رویکرد ناب جبری آکسلر است.
۵. پیوندها
- مفاهیم تئوری مرتبط: تعریف ۱۵.۲ استقلال خطی | تمرین ۳ بخش ۱.۲ برابری گستره بردارها با مجموعهای جزئی آنها
- فهرست تمرینهای این بخش: 00-MOCs/MOC حل تمرینات جبر خطی