Лінійна залежність системи векторів.
Базис і розмірність векторного простору
Лінійна залежність системи векторів визначається так само, як лінійна залежність системи рядків матриці, які є числовими векторами.
Означення. Лінійною комбінацією векторів векторного простору називається вектор вигляду
. (1)
де – деякі дійсні числа (коефіцієнти лінійної комбінації).
Означення. Система векторів векторного простору називається лінійно залежною, якщо існують числа , які не всі водночас дорівнюють нулю ( ), такі що
(2)
Система векторів називається лінійно незалежною, якщо остання рівність виконується тільки в одному випадку , коли
Теорема. (про лінійну залежність векторів)
Вектори лінійно залежні тоді і тільки тоді, коли один з векторів цієї системи є лінійною комбінацією інших.
Означення. Впорядкована система векторів називається базисом векторного простору , якщо
1) вона лінійно незалежна;
2) кожен вектор простору лінійно виражається через вектори цієї системи, тобто .
Означення. Векторний простір називається -вимірним, якщо в ньому існує базис з елементів. Число називається розмірністю простору і позначається . Простір скінченної розмірності називається скінченновимірним. Простір, в якому можна знайти будь-яке число лінійно незалежних векторів називається нескінченновимірним. (Лінійна алгебра вивчає тільки скінченновимірні простори.)
Теорема (про зв'язок між базисом і розмірністю). Система векторів утворює в просторі розмірності базис тоді і тільки тоді, коли вона лінійно незалежна, а число векторів в ній дорівнює розмірності простору .
Координати вектора у векторному просторі.
Розкладання вектора за базисом .
Нехай – деякий базис векторного простору . Тоді будь-який вектор можна подати у вигляді (1)
де – деякі дійсні числа, причому єдиним чином. В цьому випадку вираз (1) називається розкладом вектора за базисом .
Означення. Коефіцієнти розкладу (1) називаються координатами вектора в даному базисі. Упорядкований набір координат вектора називається його координатним рядком і позначається :
.
Приклад.Довести, що вектори утворюють базис у просторі та знайти координати вектора в цьому базисі.
, , ,
Розв’язання. 1) Перевіримо необхідну і достатню умову компланарності векторів :
.
Оскільки , то вектори некомпланарні, тому вони лінійно незалежні і утворюють базис.
2) Розкладемо вектор за базисом :
або в координатному вигляді:
.
Вектори рівні, коли їх відповідні координати рівні. Тому одержимо систему:
Розв’язуючи цю систему будь-яким способом, знайдемо
, , .
3) Отже, .
.
Відповідь: