Trường ĐH Báchkhoa tp Hồ Chí Minh
Khoa Khoa học ứng dụng - Bộ môn Toán ứng dụng
------------------------------------------------------
Đại số tuyến tính
Chương 4: KHÔNG GIAN VECTƠ (tt)
Giảng viên TS. Đặng Văn Vinh
I. Toạ độcủa véctơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho E ={e1, e2, …, en} là cơ sở sắp thứ tự của K-kgvt V
Định nghĩa toạ độ của véctơ
1 1 2 2 ...
n n
x x e x e x e
1
2
[ ]E
n
x
x
x
x
x V
Bộ số được gọi là tọa độ của véctơ x trong
cơ sở E.
1 2
( , ,..., )
n
x x x
4.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
2 2 2
Cho { 1; 2 1; 2}
E x x x x x x
Ví dụ
Tìm véctơ p(x), biết toạ độ trong cơ sở E là
3
[ ( )] 5
2
E
p x
là cơ sở của không gian 2[x]
P
3
[ ( )] 5
2
E
p x
2 2 2
( ) 3( 1) 5( 2 1) 2( 2)
p x x x x x x x
( ) 5 2
p x x
5.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho {(1,1,1);(1,0,1);(1,1,0)}
E
Ví dụ
là một véctơ của R3. Tìm toạ độ của véctơ x trong cơ sở E.
là cơ sở của R3 và x = (3,1,-2)
Giả sử
1
2
3
[ ]
E
x
x x
x
1 1 2 2 3 3
x x e x e x e
1 2 3
(3,1, 2) (1,1,1) (1,0,1) (1,1,0)
x x x
1 2 3
1 3
1 2
3
1
2
x x x
x x
x x
4
[ ] 2
5
E
x
6.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
2
2
Cho { 1; 1;2 1
} laø
cô sôû [ ].
E x x x x P x
Ví dụ
Tìm toạ độ của véctơ p(x) = 3x2
+4x-1 trong cơ sở E.
Giả sử [ ( )]
E
a
p x b
c
1 2 3
( ) . . .
p x a e b e c e
2 2
3 4 1 ( 1) ( 1) (2 1)
x x a x x b x c x
3
2 4
1
a
a b c
a b c
3
[ ( )] 9
5
E
p x
7.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
1 1
2 2
2. [ ]E
n n
x y
x y
x y
x y
1 1
2 2
1.
n n
x y
x y
x y
x y
1
2
[ ]E
n
y
y
y
y
Tính chất của tọa độ véctơ
1
2
[ ]E
n
x
x
x
x
1
2
3. [ ]E
n
x
x
x
x
8.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Ý nghĩa của toạ độ véctơ.
Trong không gian n chiều V cho một cơ sở
E ={e1, e2, …, en}.
Tất cả các vectơ của V đều biễu diễn qua E dưới dạng tọa độ.
Hai phép toán cơ bản: cộng hai vectơ và nhân vectơ với một
số, và sự bằng nhau trong V có thể phức tạp.
Theo tính chất của tọa độ, ta thấy các phép toán này giống
hoàn toàn trong Rn.
Suy ra cấu trúc của không gian vectơ V hoàn toàn giống Rn.
Chứng minh được V và Rn đồng cấu với nhau, vậy nên trong
nghiên cứu ta đồng nhất V và Rn.
Tất cả các không gian n chiều đều coi là Rn.
9.
I. Tọa độcủa vectơ
-------------------------------------------------------------------------------------------------
2 2 2
2
{ 1;3 2 1;2 } [ ].
Cho laø
taä
pconcuû
a
M x x x x x x P x
Ví dụ
Hỏi M độc lập tuyến tính hay phụ thuộc tuyến tính.
Chọn cơ sở chính tắc của P2[x] là .
2
, ,1
{ }
E x x
2
1
1 1
1
E
[ ]
x x
2
3
2 1 2
1
E
[3 ]
x x
2
2
1
0
E
[2 ]
x x
Hạng của M = hạng của họ vectơ của M ở dạng toạ độ.
1 3 2
1 2 1
1 1 0
A
( ) 2
r A
Vậy M phụ thuộc tuyến tính
10.
I. Ma trậnchuyển cơ sở
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
{ }; { }
' ' ' '
1 2 1 2
, ,..., , ,...,
n n
E e e e E e e e
Cho hai cơ sở của kgvt V:
(1)
1 1 2 2 ... n n
x V x x e x e x e
(2)
' ' ' ' ' '
1 1 2 2 ... n n
x x e x e x e
'
1 11 1 21 2 1
... n n
e a e a e a e
'
2 12 1 22 2 2
... n n
e a e a e a e
'
1 1 2 2 ...
n n n nn n
e a e a e a e
'
1 11 1 21 2 1
'
2 12 1 22 2 2
'
1 1 2 2
( ... )
( ... ) ...
( ... )
n n
n n
n n n nn n
x x a e a e a e
x a e a e a e
x a e a e a e
11.
I. Ma trậnchuyển cơ sở
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
& (2)
'
1
11 12 1
1
'
21 22 2
2 2
'
1 2 ,
(1)
n
n
n n n n
n n
x
a a a
x
a a a
x x
a a a
x x
11 12 1
21 22 2
1 2 ,
n
n
n n n n
a a a
a a a
P
a a a
Ma trận được gọi là ma trận
chuyển cơ sở từ E sang E’
.
Ta có: [ ] [ ] '
.
E E
x P x
Cấu trúc ma trận P:
' ' '
1 2
[ ] [ ] [ ]
E E n E
P e e e
12.
I. Ma trậnchuyển cơ sở
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Tính chất của ma trận chuyển cơ sở:
1/ Ma trận chuyển cơ sở P là khả nghịch.
2/ Nếu P là ma trận chuyển từ E sang E’, thì là ma trận chuyển
1
P
cơ sở từ E’ sang E.
3/ Nếu P là ma trận chuyển từ E sang E’ và Q là ma trận chuyển cơ
sở từ E’ sang E’’, thì PQ là ma trận chuyển từ E sang E’’.
Chứng minh dễ dàng từ định nghĩa ma trận chuyển cơ sở.
13.
I. Ma trậnchuyển cơ sở
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ví dụ
E = {(1,1,1); (1,0,1); (1,1,0)}
Trong R3 cho cặp cơ sở:
1. Tìm ma trận chuyển cơ sở từ E sang E’
.
E’
= {(1,1,2); (1,2,1); (1,1,1)}
Tìm tọa độ của véctơ trong E:
'
1 (1,1,2)
e '
1
2
0
1
[ ]E
e
Tương tự ta tìm được: '
2
2
1
0
[ ]E
e
'
3
[ ]
1
0
0
E
e
2
1
0
1
0
0
2
0
1
P
14.
14
I. Ma trậnchuyển cơ sở
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
{ }; { }
' ' ' '
1 2 1 2
, ,..., , ,...,
n n
E e e e E e e e
Cho hai cơ sở của kgvt V:
M
E Chính tắc
'
N
E
Ma trận chuyển từ E sang F là
1
1
P MN M N
Trong đó:
1 , , , '
1 2 1 2
;
n n
M e e e E N e e e E
1
1
1 1 1 1 1 1
' 1 0 1 1 2 1
1 1 0 2 1 1
E E
Vậy ma trận chuyển từ E sang E’ là:
1
'
P E E
Ma trận chuyển từ E sang E’ trong ví dụ trước:
15.
Tập con F
II.Không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
V là K-kgvt
Tập con F 2 phép toán trong V K- kgvt F
Kg con F
16.
II. Không giancon
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Tập con khác rỗng F của K-kgvt V là không gian con của V
khi và chỉ khi hai điều kiện sau đây thỏa.
1. , :
f g F f g F
2. , :
f F K f F
Định lý
17.
II. Không giancon
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 2 3 3 1 2 3
( , , ) | 2 0
F x x x R x x x
Ví dụ
1. Chứng tỏ F là không gian con của R3
2. Tìm cơ sở và chiều của F.
Giải câu 2. 1 2 3
( , , )
x x x x F 1 2 3
2 0
x x x
3 1 2
2
x x x
Khi đó 1 2 3 1 2 1 2
( , , ) ( , , 2 )
x x x x x x x x
1 2
(1,0,1) (0,1,2)
x x x
Suy ra là tập sinh của F.
(1,0,1);(0,1,2)
{ }
E
Kiểm tra thấy E độc lập tuyến tính. Vậy E là cơ sở của F.
dim( ) 2
F
18.
II. Không giancon
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2
( ) [x]| (1) 0 & (2) 0
F p x P p p
Ví dụ
1. Chứng tỏ F là không gian con của P2[x].
2. Tìm cơ sở và chiều của F.
Giải câu 2.
2
( )
p x ax bx c F (1) 0 (2) 0
&
p p
Suy ra là tập sinh của F.
2
3 2
{ }
E x x
Hiển nhiên E độc lập tuyến tính. Vậy E là cơ sở của F.
dim( ) 1
F
0
4 2 0
a b c
a b c
; 3 ; 2
a b c
2
( ) 3 2
p x x x 2
( ) ( 3 2)
p x x x
19.
II. Không giancon
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
L(M)=Span 1 2 1 1 2 2
{ , ,..., } { }
n n n i
v v v v v v R
1 2
{ , , , }
n
M v v v V
1. L(M) là không gian con của V
2. dim(L(M)) = Hạng của họ M.
20.
II. Không giancon
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giả sử dim(V) = n
1 2
{ , ,..., }
m
M x x x
Hạng M = Hạng Ma trận
M phụ thuộc tt
M độc lập tt
hạng M < m
M tập sinh của V
M là cơ sở của V
x là tổ hợp tt của M
hạng M = m hạng M = dim(V)
hạng M = dim(V) = số vectơ trong M
hạng M = hạng M thêm vectơ x
Kgian con <M>
Chiều kgian con<M> = hạng M
21.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho F và G là hai không gian con của K-kgvt V.
Giao của hai không gian con F và G là tập hợp con của V,
ký hiệu bởi
Định nghĩa giao của hai không gian con
{ | vaø }
F G x V x F x G
Tổng của hai không gian con F và G là tập hợp con của V,
ký hiệu bởi
Định nghĩa tổng của hai không gian con
{ |vôù
i vaø }
F G f g f F g G
22.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2.
Định lý
1. là hai không gian con của V.
&
F G F G
dim( ) dim( ) dim( ) dim( )
F G F G F G
Kết quả
F G F F G V
F G G F G V
23.
III. Tổng giaocủa hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Các bước để tìm không gian con F+G
1. Tìm tập sinh của F. Giả sử là {f1, f2, …, fn}
1 2 1 2
3. , ,..., , , ,...,
n m
F G f f f g g g
2. Tìm tập sinh của G. Giả sử là {g1, g2, …, gm}
24.
III. Tổng giaocủa hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho F và G là hai không gian con của R3
, với
Ví dụ
1 2 3 1 2 3
( , , ) | 2 0}
F x x x x x x
1 2 3 1 2 3
( , , ) | 0}
G x x x x x x
.
F G
1. Tìm cơ sở và chiều của
2. Tìm cơ sở và chiều của .
F G
25.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giải câu 1.
1 2
1
3
2 3
0
2 0
x
x x x
x x
1 2 3
( , , )
x x x x F G
&
x F x G
Û Î Î
1
2
3
3
2
x
x
x
a
a
a
ì =
ï
ï
ï
Û =
í
ï
ï =
ï
î
Khi đó 1 2 3
( , , ) ( ,3 ,2 )
x x x x
(1,3,2)
x a
Û =
(1,3,2)
{ }
E
Þ = là tập sinh của F G
Ç
vì E độc lập tuyến tính. Suy ra E là cơ sở của F G
Ç
dim( ) 1.
F G
Þ Ç =
26.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giải câu 2. Bước 1. Tìm tập sinh của F. 1 {(-1,1,0),(2,0,1)}
E
dim( ) ( ) 3.
F G r A
Þ + = =
Bước 2. Tìm tập sinh của G. 2 {(1,1,0),( 1,0,1)}
E
( 1,1,0),(2,0,1 (1,1,0),(
, 1,0,1)
)
F G -
Þ + -
= < >
1 1 0
2 0 1
1 1 0
1 0 1
A
æ ö
- ÷
ç ÷
ç ÷
ç ÷
ç ÷
= ç ÷
ç ÷
ç ÷
÷
ç ÷
ç ÷
ç-
è ø
1 1 0
0 2 1
0 0 1
0 0 0
bñs haø
ng
c ñv
æ ö
- ÷
ç ÷
ç ÷
ç ÷
ç ÷
¾ ¾ ¾ ¾ ¾® ç ÷
ç ÷
-
ç ÷
÷
ç ÷
ç ÷
ç
è ø
Cơ sở: ( 1,1,0),(0,2,1),(0,0, 1)
{ }
E = - -
27.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho F và G là hai không gian con của R3
, với
Ví dụ
1 2 3 1 2 3
( , , ) | 0}
F x x x x x x
(1,01,);(2,3,1)
G
.
F G
1. Tìm cơ sở và chiều của
2. Tìm cơ sở và chiều của .
F G
28.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Giải câu 1.
(1,0,1) (2,3,1)
x G x
1 2 3
( , , )
x x x x F G
&
x F x G
Û Î Î
Vậy
dim( ) 1.
F G
Þ Ç =
( 2 ,3 , )
x a b b a b
Û = + +
thoû
a ñieà
ukieä
ncuû
a .
x F x F
2 0
3
3
( ,3 , 2 )
x
( 1,3, 2)
(1, 3,2)
x
(1, 3,2)
{ }
E
Þ = - là tập sinh của F G
Ç
vì E độc lập tuyến tính. Vậy E là cơ sở
29.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho F và G là hai không gian con của R4
, với
Ví dụ
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
0
( , , , )
2 2 0
x x x x
F x x x x
x x x x
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
0
( , , , )
3 2 2 3 0
x x x x
G x x x x
x x x x
.
F G
1. Tìm cơ sở và chiều của
2. Tìm cơ sở và chiều của .
F G
30.
III. Tổng vàgiao của hai không gian con
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cho F và G là không gian con của R3
, với
Ví dụ
(1,0,1);(1,1,1)
F
(1,1,0);(2,1,1)
G
.
F G
1. Tìm cơ sở và chiều của
2. Tìm cơ sở và chiều của .
F G