Calcolo dei Vettori Linearmente Dipendenti e Indipendenti

Calcolo dei Vettori Linearmente Dipendenti e Indipendenti Calcolo dei Vettori Linearmente Dipendenti e Indipendenti
Calcolo dei Vettori Linearmente Dipendenti e Indipendenti

Versione italiana

Calcolo dei Vettori Linearmente Dipendenti e Indipendenti

1. Definizioni

  • Vettori Linearmente Indipendenti: Un insieme di vettori è detto linearmente indipendente se l'unica combinazione lineare che produce il vettore nullo è quella in cui tutti i coefficienti sono zero.

  • Vettori Linearmente Dipendenti: Un insieme di vettori è detto linearmente dipendente se esiste almeno una combinazione lineare non banale (cioè non tutti i coefficienti sono zero) che produce il vettore nullo.

2. Metodo per Verificare la Linearità

a. Utilizzo di una Combinazione Lineare

Per un insieme di vettori \{ \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n} \}{v1,v2,,vn}\{ \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n} \}, si considera la combinazione lineare:

c_1 \vec{v_1} + c_2 \vec{v_2} + \ldots + c_n \vec{v_n} = \vec{0}
c1v1+c2v2++cnvn=0c_1 \vec{v_1} + c_2 \vec{v_2} + \ldots + c_n \vec{v_n} = \vec{0}

dove c_1, c_2, \ldots, c_nc1,c2,,cnc_1, c_2, \ldots, c_n sono coefficienti scalari.

  • Se l'unica soluzione è c_1 = c_2 = \ldots = c_n = 0c1=c2==cn=0c_1 = c_2 = \ldots = c_n = 0, i vettori sono linearmente indipendenti.
  • Se esiste una soluzione non banale, i vettori sono linearmente dipendenti.

b. Utilizzo della Matrice

  1. Formare una Matrice: Costruire una matrice AAA i cui colonne sono i vettori \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n}v1,v2,,vn\vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n}.

  2. Calcolare il Rango: Determinare il rango della matrice AAA:

    • Se il rango è uguale al numero di vettori, allora i vettori sono linearmente indipendenti.
    • Se il rango è minore del numero di vettori, allora i vettori sono linearmente dipendenti.

c. Utilizzo del Determinante (per vettori in \mathbb{R}^2R2\mathbb{R}^2 e \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3)

  • Due Vettori in \mathbb{R}^2R2\mathbb{R}^2: I vettori \vec{v_1}v1\vec{v_1} e \vec{v_2}v2\vec{v_2} sono linearmente indipendenti se il determinante della matrice formata da \vec{v_1}v1\vec{v_1} e \vec{v_2}v2\vec{v_2} è diverso da zero.
\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} \\ v_{1y} & v_{2y} \end{pmatrix} \neq 0
Det(v1xv2xv1yv2y)0\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} \\ v_{1y} & v_{2y} \end{pmatrix} \neq 0
  • Tre Vettori in \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3: I vettori \vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3}v1,v2,v3\vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3} sono linearmente indipendenti se il determinante della matrice formata da \vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3}v1,v2,v3\vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3} è diverso da zero.
\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} & v_{3x} \\ v_{1y} & v_{2y} & v_{3y} \\ v_{1z} & v_{2z} & v_{3z} \end{pmatrix} \neq 0
Det(v1xv2xv3xv1yv2yv3yv1zv2zv3z)0\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} & v_{3x} \\ v_{1y} & v_{2y} & v_{3y} \\ v_{1z} & v_{2z} & v_{3z} \end{pmatrix} \neq 0

3. Esempio

Consideriamo i vettori \vec{v_1} = (1, 2)v1=(1,2)\vec{v_1} = (1, 2) e \vec{v_2} = (2, 4)v2=(2,4)\vec{v_2} = (2, 4).

Passo 1: Formare la Matrice

A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}
A=(1224)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}

Passo 2: Calcolare il Determinante

\text{Det}(A) = (1)(4) - (2)(2) = 4 - 4 = 0
Det(A)=(1)(4)(2)(2)=44=0\text{Det}(A) = (1)(4) - (2)(2) = 4 - 4 = 0

Conclusione

Poiché il determinante è zero, i vettori \vec{v_1}v1\vec{v_1} e \vec{v_2}v2\vec{v_2} sono linearmente dipendenti.

English version

Calculation of Linearly Dependent and Independent Vectors

1. Definitions

  • Linearly Independent Vectors: A set of vectors is said to be linearly independent if the only linear combination that produces the null vector is the one in which all the coefficients are zero.

  • Linearly Dependent Vectors: A set of vectors is said to be linearly dependent if there exists at least one non-trivial linear combination (i.e. not all the coefficients are zero) that produces the null vector.

2. Method for Verifying Linearity

a. Using a Linear Combination

For a set of vectors \{ \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n} \}{v1,v2,,vn}\{ \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n} \}, consider the linear combination:

c_1 \vec{v_1} + c_2 \vec{v_2} + \ldots + c_n \vec{v_n} = \vec{0}
c1v1+c2v2++cnvn=0c_1 \vec{v_1} + c_2 \vec{v_2} + \ldots + c_n \vec{v_n} = \vec{0}

where c_1, c_2, \ldots, c_nc1,c2,,cnc_1, c_2, \ldots, c_n are scalar coefficients.

  • If the only solution is c_1 = c_2 = \ldots = c_n = 0c1=c2==cn=0c_1 = c_2 = \ldots = c_n = 0, the vectors are linearly independent.
  • If there is a non-trivial solution, the vectors are linearly dependent.

b. Using the Matrix

  1. Form a Matrix: Construct a matrix AAA whose columns are the vectors \vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n}v1,v2,,vn\vec{v_1}, \vec{v_2}, \ldots, \vec{v_n}.

  2. Calculate the Rank: Determine the rank of the matrix AAA:

  • If the rank is equal to the number of vectors, then the vectors are linearly independent.
  • If the rank is less than the number of vectors, then the vectors are linearly dependent.

c. Using the Determinant (for vectors in \mathbb{R}^2R2\mathbb{R}^2 and \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3)

  • Two Vectors in \mathbb{R}^2R2\mathbb{R}^2: The vectors \vec{v_1}v1\vec{v_1} and \vec{v_2}v2\vec{v_2} are linearly independent if the determinant of the matrix formed by \vec{v_1}v1\vec{v_1} and \vec{v_2}v2\vec{v_2} is different from zero.
\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} \\ v_{1y} & v_{2y} \end{pmatrix} \neq 0
Det(v1xv2xv1yv2y)0\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} \\ v_{1y} & v_{2y} \end{pmatrix} \neq 0
  • Three Vectors in \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3: The vectors \vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3}v1,v2,v3\vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3} are linearly independent if the determinant of the matrix formed by \vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3}v1,v2,v3\vec{v_1}, \vec{v_2}, \vec{v_3} is different from zero.
\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} & v_{3x} \\ v_{1y} & v_{2y} & v_{3y} \\ v_{1z} & v_{2z} & v_{3z} \end{pmatrix} \neq 0
Det(v1xv2xv3xv1yv2yv3yv1zv2zv3z)0\text{Det} \begin{pmatrix} v_{1x} & v_{2x} & v_{3x} \\ v_{1y} & v_{2y} & v_{3y} \\ v_{1z} & v_{2z} & v_{3z} \end{pmatrix} \neq 0

3. Example Let's consider the vectors \vec{v_1} = (1, 2)v1=(1,2)\vec{v_1} = (1, 2) and \vec{v_2} = (2, 4)v2=(2,4)\vec{v_2} = (2, 4).

Step 1: Form the Matrix

A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}
A=(1224)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}

Step 2: Calculate the Determinant

\text{Det}(A) = (1)(4) - (2)(2) = 4 - 4 = 0
Det(A)=(1)(4)(2)(2)=44=0\text{Det}(A) = (1)(4) - (2)(2) = 4 - 4 = 0

Conclusion

Since the determinant is zero, the vectors \vec{v_1}v1\vec{v_1} and \vec{v_2}v2\vec{v_2} are linearly dependent.

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