Giáo trình Đại số tuyến tính (Giáo trình đào tạo từ xa): Phần 2

Tiếp nối phần 1, mời các bạn cùng tham khảo phần 2 giáo trình sau đây. Nội dung chính của giáo trình này là những vấn đề mở đầu của đại số tuyến tính, giải tích cổ điển. Tham khảo nội dung giáo trình để nắm bắt nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Đại số tuyến tính (Giáo trình đào tạo từ xa): Phần 2 38 2.4. KHÔNG GIAN VECTƠ Không gian vectơ là một cấu trúc ñại số cơ bản khái quát hóa của không gianvectơ hình học mà người học ñã quen thuộc ở chuơng trình bậc trung học phổ thông,ñược ñịnh nghĩa như sau:2.4.1. ðịnh nghĩa và tính chất của không gian vectơ. Giả sử V là một tập hợp khácrỗng và trên V ñã xác ñịnh hai phép toán: i) Phép cộng: ∀α , β ∈ V ⇒ α + β ∈ V. ii) Phép nhân vô hướng (phép nhân ngoài): ∀ λ ∈ℝ, ∀α ∈V ⇒ λα ∈V . Tập hợp V cùng với 2 phép toán trên ñược gọi là không gian vectơ thực (haykhông gian vectơ trên trường số thực ℝ ) nếu các ñiều kiện sau thỏa mãn: 1) α + β = β + α , ∀α , β ∈V . 2) α + ( β + γ ) = ( α + β ) + γ ; ∀α , β , γ ∈V . 3) ∃ θ ∈ V sao cho: α + θ = α , với ∀α ∈ V . 4) Với mỗi α ∈ V , tồn tại phần tử −α ∈ V sao cho α + ( −α ) = 0 5) λ (α + β ) = λα + λβ ; ∀λ ∈ ℝ; ∀α , β ∈V . 6) (λ + µ )α = λα + µα ; ∀λ , µ ∈ ℝ; ∀α ∈V . 7) (λµ )α = λ ( µα ); ∀λ , µ ∈ ℝ; ∀α ∈V . 8) 1α = α , ∀α ∈V . Mỗi phần tử của V ñược gọi là một vectơ (chúng ta không ñể ý ñến bản chất vậtlý của các phần tử của V); vectơ θ nói trong ñiều kiện (3) ñược gọi là vectơ không củaV; vectơ −α nói ở ñiều kiện (4) ñược gọi là vectơ ñối của α trong V. Các số thực λñược gọi là các ñại lượng vô hướng. Không gian vectơ còn gọi là không gian tuyếntính. Ví dụ 1: Tập hợp E2 gồm các vectơ hình học xuất phát từ gốc ñiểm O trongmột mặt phẳng cố ñịnh (P) với phép cộng theo quy tắc hình bình hành, phép nhân mỗisố thực với một vectơ thông thường, là một không gian vectơ. Ví dụ 2: Tập hợp các số phức ℂ = { a + bi ; a, b∈ℝ} với hai phép toán sau cũnglập thành không gian vectơ: i) Phép cộng: (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i; ii) Phép nhân: k(a + bi ) = ka + (kb)i, với mọi số thực a,b,c,d, k. 38 39 Ví dụ 3: Tập hợp ℝ [ x ] các ña thức của biến x với hệ số thực lập thành khônggian vectơ với phép cộng ña thức và phép nhân mỗi số thực với một ña thức theo nghĩathông thường. Ví dụ 4: Tập hợp ℝ n [ x ] các ña thức của biến x với hệ số thực có bậc khôngvượt quá n lập thành không gian vectơ với phép cộng ña thức và phép nhân mỗi sốthực với một ña thức theo nghĩa thông thường. Ví dụ 5: Cho n là số tự nhiên khác 0. Ký hiệu ℝ n = {( x1 ,..., x2 ); x1 ,..., x2 ∈ ℝ} . ðịnh nghĩa phép cộng và phép nhân vô hướng trên tập ℝ n như sau: ( x1 ,..., xn ) + ( y1 ,..., yn ) = ( x1 + y1 ,..., xn + yn ) ; λ ( x1 ,..., xn ) = (λ x1 ,..., λ xn ), λ ∈ ℝ . Khi ñó, ℝ n với hai phép toán trên là một không gian vectơ. Ví dụ 6: Tập hợp C[a,b] các hàm số thực liên tục trên ñoạn [a,b] lập thànhkhông gian vectơ với phép cộng hàm số và phép nhân mỗi số thực với một hàm sốthực theo nghĩa thông thường và ñược gọi là không gianvectơ các hàm liên tục trênñoạn [a,b]. Ví dụ 7: Tập hợp M(m,n) các ma trận cấp mxn trên trường số thực lập thànhkhông gian vectơ, với phép cộng các ma trận và phép nhân mỗi số thực với một matrận. Ta gọi không gian này là không gian vectơ các ma trận cấp mxn trên trường sốthực.2.4.2 ðịnh nghĩa. Cho V là là một không gian vectơ, α1 ,...,α n ∈V ; a1 ,..., an ∈ℝ . Ta ngọi vectơ α = a1 α1 +⋯ + an α n = ∑aα i =1 i i , là một tổ hợp tuyến tính của hệ vectơα1 ,....,α n qua các hệ số a1 , a2 ,..., an . Khi ñó, ta cũng nói α biểu thị tuyến tính ñượcqua hệ vectơ α1 ,....,α n .2.4.3 Sự tương ñương của các hệ vectơ Trong V cho các hệ vectơ: α1 ,......,α n (1) β1 ,......, β m ( 2) 39 40 Nếu mọi vectơ của hệ (1) biểu thị tuyến tính ñược qua các vectơ của hệ (2) thìta nói hệ (1) biểu thị tuyến tính ñược qua hệ (2). Nếu (1) biểu thị tuyến tính ñược qua (2) và (2) cũng biểu thị tuyến tính ñượcqua (1) thì ta nói (1) tương ñương với (2) và ký hiệu (1) ∼ ( 2 ) .Nhận xét. (a) (1) ∼ (1) (b) Nếu (1) ∼ ( 2 ) và α ∈V biểu thị tuyến tính ñược qua (1) thì α cũngbiểu thị tuyến tính ñược qua (2). (c) Nếu (1) ∼ ( 2 ) và ( 2 ) ∼ ( 3) thì (1) ∼ ( 3) .2.4.4. Một số tính chất ñơn giản của không gian ...