venerdì 4 marzo 2011

Caratterizzazione Basi

Proposizione 4.7.1
Dato uno spazio vettoriale $V$ di dimensione $n$, un insieme di $n$ vettori, MATH, linearmente indipendenti è una base.
Osservazione 4.7.2
Un insieme di vettori linearmen- te indipendenti non può contenere sottoinsiemi di vettori linearmente dipendenti.
Infatti sia MATH un insieme di vettori linearmente indipendenti. Sia MATH con $k<r$ un insieme di vettori lineramente dipendenti, allora esistono MATH non tutti nulli tali che MATH da cui segue che $S$ è lineramente dipendente e ciò contrasta con le ipotesi.
Osservazione 4.7.3
Un insieme di vettori linearmen- te dipendenti può contenere sottoinsiemi di vettori che sono linearmente indipendenti.
MATH è linearmente dipendente ma MATH è linearmente indipendente.
Osservazione 4.7.4
Il vettore nullo è linearmente dipendente poichè MATH $\forall $ $\lambda \in K$. Dall'osservazione oss 4.2.14 si deduce che il vettore nullo non può far parte di un insieme linearmente indipendente. In particolare, $\underline{0}$ non può appartenere a una base.
Proposizione 4.7.5
$B$ è una base di uno spazio vettoriale $V$ sul campo $K$ se e solo se $B $ è un sistema massimale di vettori linearmente indipendenti.
Dim.
La condizione necessaria segue dal Lemma di Steinitz.
Per provare la condizione sufficiente bisogna dimostrare che $B$ genera $V.$ Sia $v\in V.$
Se MATH. Se MATH è linearmente dipendente allora esistono MATH non tutti nulli in $K$ tali che MATH Se fosse $\lambda =0$, allora si avrebbe
MATH con qualche $\lambda _{i}\neq 0$ che è assurdo perchè $B$ è linearmente indipendente. Allora dev'essere MATH
Proposizione 4.7.6
$B$ è una base se e solo se $B$ è un sistema minimale di generatori.
Dim.
Supponiamo per assurdo che esista MATH tale che $B^{\prime }$ generi $V.$ Allora MATH tale che $v$ è generato da $B^{\prime }$, per cui MATH è lineramente dipendente, ma MATH che è linearmente indipendente.
Viceversa, supponiamo per assurdo che $B$ sia linear- mente dipendente, quindi esistono MATH non tutti nulli tali che MATH Supponendo che $\lambda _{1}\neq 0$ si ha
MATH.
Ponendo MATH $\forall i=2,...,n,$ abbiamo MATH. Sia $v\in V.$ Risulta MATH cioè $v$ è generato da $v_{2},...,v_{n}$, contro l'ipotesi.
Proposizione 4.7.7
Sia $V$ uno spazio vettoriale di dimensione $n.$ Se MATH è un sistema di vettori linearmente indipendenti allora B è una base.
Dim.
Sia $v\in V$ allora MATH è un sistema di vettori linearmente dipendenti per il lemma di Steinitz. Segue che esistono MATH non tutti nulli in $K$ tali che MATH. Dev'essere MATH è generato da MATH è un sistema di generatori$\Rightarrow B$ è una base.
Osservazione 4.7.8
Ogni insieme di vettori linearmenti indipendenti può essere completato a una base. Ad esempio i vettori MATH e MATH sono linearmente indipendenti. Aggiungendo ad essi i vettori MATH otteniamo una base di $R^{4}.$
Da ogni sistema di generatori è possibile estrarre una base, prendendo il massimo insieme linearmente indipendente in esso contenuto.

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