رفتن به متن
باغ ریاضی
تمرین ۱۴ بخش ۳.۱ توصیف نمادین و بدون نماد جمع دو زیرفضا در F3
تنظیمات مطالعه
تنظیمات مطالعه

تمرین ۱۴ بخش ۳.۱ توصیف نمادین و بدون نماد جمع دو زیرفضا در F3

یادداشت شما ذخیره شد

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

تمرین ۱۴ بخش ۳.۱: توصیف نمادین و بدون نماد جمع دو زیرفضا در F3\mathbb{F}^3

صورت دقیق مسئله (کتاب آکسلر)

فرض کنید

U={(x,−x,2x)∈F3:x∈F}U = \{(x, -x, 2x) \in \mathbb{F}^3 : x \in \mathbb{F}\}

و

W={(x,x,2x)∈F3:x∈F}W = \{(x, x, 2x) \in \mathbb{F}^3 : x \in \mathbb{F}\}

U+WU + W را با استفاده از نمادها توصیف کنید، و همچنین توصیفی از U+WU + W ارائه دهید که از هیچ نمادی استفاده نمی‌کند.


۱. تحلیل اولیه و باز کردن خواسته مسئله

  • داده‌های مسئله:
    • زیرفضای یک‌بعدی UU شامل خط راست موازی بردار (1,−1,2)(1, -1, 2).
    • زیرفضای یک‌بعدی WW شامل خط راست موازی بردار (1,1,2)(1, 1, 2).
  • حکم مسئله:
    • توصیف دقیق جبری با نمادهای ریاضی (نماد مجموعه‌سازی و معادله).
    • توصیف مفهومی/هندسی به زبان فارسی روان بدون به‌کارگیری هیچ نماد یا متغیر ریاضی.
  • چک‌لیست ابزارهای مورد نیاز:

۲. ایده و استراتژی حل (Problem-Solving Strategy)

  • طبق تعریف، U+W={u+w:u∈U,w∈W}U + W = \{u + w : u \in U, w \in W\}.
  • یک عضو دلخواه u∈Uu \in U به شکل (x,−x,2x)(x, -x, 2x) و یک عضو دلخواه w∈Ww \in W به شکل (y,y,2y)(y, y, 2y) است.
  • بردار مجموع را تشکیل می‌دهیم: (x+y,y−x,2(x+y))(x+y, y-x, 2(x+y)).
  • رابطه بین مؤلفه‌ها را پیدا می‌کنیم: دقت کنید که مؤلفه سوم همواره دو برابر مؤلفه اول است، در حالی که مؤلفه دوم می‌تواند هر مقداری اختیار کند.

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

محاسبه و توصیف دوگانه

گام اول: تشکیل بردار عمومی در U+WU + W طبق تعریف جمع دو زیرفضا:

U+W={u+w:u∈U,w∈W}U + W = \{u + w : u \in U, w \in W\}

برای هر u∈Uu \in U، یک اسکالر x∈Fx \in \mathbb{F} وجود دارد به طوری که u=(x,−x,2x)u = (x, -x, 2x). برای هر w∈Ww \in W، یک اسکالر y∈Fy \in \mathbb{F} وجود دارد به طوری که w=(y,y,2y)w = (y, y, 2y). بنابراین هر بردار v∈U+Wv \in U + W به صورت زیر است:

v=u+w=(x,−x,2x)+(y,y,2y)=(x+y,y−x,2(x+y))v = u + w = (x, -x, 2x) + (y, y, 2y) = (x + y, y - x, 2(x + y))

گام دوم: استخراج معادله مشخصه زیرفضای جمع فرض کنید v=(v1,v2,v3)∈F3v = (v_1, v_2, v_3) \in \mathbb{F}^3. در این صورت:

  1. v1=x+yv_1 = x + y
  2. v2=y−xv_2 = y - x
  3. v3=2(x+y)=2v1v_3 = 2(x + y) = 2v_1

از طرفی، دستگاه دو معادله و دو مجهول زیر را برای xx و yy در نظر بگیرید:

{x+y=v1−x+y=v2\begin{cases} x + y = v_1 \\ -x + y = v_2 \end{cases}

با جمع دو معادله داریم 2y=v1+v2  ⟹  y=v1+v222y = v_1 + v_2 \implies y = \frac{v_1 + v_2}{2}. با تفریق دو معادله داریم 2x=v1−v2  ⟹  x=v1−v222x = v_1 - v_2 \implies x = \frac{v_1 - v_2}{2}. این یعنی به ازای هر دو مقدار دلخواه v1,v2∈Fv_1, v_2 \in \mathbb{F}، همواره مقادیر یکتایی برای x,y∈Fx, y \in \mathbb{F} وجود دارند. تنها شرط لازم و کافی برای عضویت در U+WU + W این است که مؤلفه سوم برابر با دو برابر مؤلفه اول باشد (v3=2v1v_3 = 2v_1).

گام سوم: توصیف با استفاده از نمادها (Symbolic Description)

U+W={(x1,x2,x3)∈F3:x3=2x1}U + W = \{(x_1, x_2, x_3) \in \mathbb{F}^3 : x_3 = 2x_1\}

یا به صورت پارامتری:

U+W={(a,b,2a)∈F3:a,b∈F}U + W = \{(a, b, 2a) \in \mathbb{F}^3 : a, b \in \mathbb{F}\}

گام چهارم: توصیف بدون استفاده از هیچ نمادی (Verbal Description) «مجموعه تمام بردارها در فضای سه بعدی که مؤلفه سوم آن‌ها دو برابر مؤلفه اول است.» (یا از دیدگاه هندسی در فضای حقیقی: صفحه‌ای گذرنده از مبدا مختصات شامل تمام نقاطی که مختصات سوم آن‌ها همواره دو برابر مختصات اولشان است و مختصات دوم مقداری کاملاً دلخواه دارد). ■\blacksquare


۴. دام‌های رایج در حل این تیپ مسئله

نکات باریک‌تر از مو

  • اشتباه رایج این است که فرض کنید متغیر xx در هر دو مجموعه UU و WW یکی است؛ یعنی بنویسید (x,−x,2x)+(x,x,2x)=(2x,0,4x)(x, -x, 2x) + (x, x, 2x) = (2x, 0, 4x)! در جمع زیرفضاها، بردارهای انتخاب شده از UU و WW کاملاً مستقل‌اند و متغیرهای مستقلی دارند (xx و yy).

۵. پیوندها

پیوندهای این یادداشت ۳

یادداشت‌هایی که از این صفحه به آن‌ها پیوند داده شده است.

  • تعریف ۳۶.۱ جمع زیرفضاها
    پیش‌نمایش

    تعریف ۳۶.۱: جمع زیرفضاها (Sum of Subspaces)

    چکیده مفهومی

    چون «اجتماع» دو زیرفضا معمولاً زیرفضا نمی‌شود، جبر خطی مفهوم جمع زیرفضاها را تعریف می‌کند: تمام بردارهایی که می‌توان با جمع زدن یک بردار از زیرفضای اول و یک بردار از زیرفضای دوم ساخت. جمع زیرفضاها معادل خطیِ «اجتماع» در نظریه مجموعه‌ها است.


  • مثال ۳۷.۱ جمع زیرفضاها در R3
    پیش‌نمایش

    مثال ۳۷.۱: جمع زیرفضاها در R3\mathbb{R}^3 و F4\mathbb{F}^4

    شهود جمع زیرفضاها در ابعاد ملموس

    با ترکیب خطوط و صفحات در R3\mathbb{R}^3 و F4\mathbb{F}^4، می‌توان دید چگونه عمل جمع زیرفضاها، ابعاد را پله‌پله بالا می‌برد: جمع دو خط، یک صفحه می‌سازد؛ جمع دو صفحه ناموازی، کل فضای سه‌بعدی را تولید می‌کند.


  • 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