Calcolo della Base e della Dimensione di uno Spazio Vettoriale

Calcolo della Base e della Dimensione di uno Spazio Vettoriale
Calcolo della Base e della Dimensione di uno Spazio Vettoriale

Versione italiana

Calcolo della Base e della Dimensione di uno Spazio Vettoriale

Definizioni

  • Spazio Vettoriale: Un insieme di vettori che soddisfa determinate proprietà (chiusura rispetto all'addizione e alla moltiplicazione per uno scalare).
  • Base: Un insieme di vettori linearmente indipendenti che generano lo spazio vettoriale.
  • Dimensione: Il numero di vettori nella base di uno spazio vettoriale.

Esempio

Consideriamo lo spazio vettoriale VVV generato dai seguenti vettori in \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3:

\mathbf{v_1} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_2} = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_3} = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}
v1=(100),v2=(010),v3=(110)\mathbf{v_1} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_2} = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_3} = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}

Passaggi per Trovare la Base e la Dimensione

  1. Formare una Matrice: Creiamo una matrice AAA i cui vettori colonna sono i vettori dati.
A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
A=(101011000)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
  1. Riduzione di Gauss: Applichiamo l'algoritmo di eliminazione di Gauss per ridurre la matrice a forma normale.
\text{Riga 3} \rightarrow \text{Riga 3} - \text{Riga 1} \quad \text{e} \quad \text{Riga 3} \rightarrow \text{Riga 3} - \text{Riga 2}
Riga 3Riga 3Riga 1eRiga 3Riga 3Riga 2\text{Riga 3} \rightarrow \text{Riga 3} - \text{Riga 1} \quad \text{e} \quad \text{Riga 3} \rightarrow \text{Riga 3} - \text{Riga 2}

La matrice diventa:

\begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
(101011000)\begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
  1. Identificare i Vettori Pivot: I vettori corrispondenti alle colonne con i pivot (1) sono i vettori che formano una base per VVV.

In questo caso, i vettori \mathbf{v_1}v1\mathbf{v_1} e \mathbf{v_2}v2\mathbf{v_2} sono i vettori pivot.

  1. Base e Dimensione:
  • Base: L'insieme \{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \}{v1,v2}\{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \} è una base per VVV.
  • Dimensione: La dimensione di VVV è 222 (poiché ci sono 2 vettori nella base).

Conclusione

Abbiamo trovato che la base dello spazio vettoriale VVV è \{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \}{v1,v2}\{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \} e la sua dimensione è 222.

English version

Calculating the Basis and Dimension of a Vector Space

Definitions

  • Vector Space: A set of vectors that satisfy certain properties (closure under addition and multiplication by a scalar).
  • Basis: A set of linearly independent vectors that generate the vector space.
  • Dimension: The number of vectors in the basis of a vector space.

Example

Consider the vector space VVV generated by the following vectors in \mathbb{R}^3R3\mathbb{R}^3:

\mathbf{v_1} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_2} = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_3} = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}
v1=(100),v2=(010),v3=(110)\mathbf{v_1} = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_2} = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{v_3} = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}

Steps to Find the Basis and Dimension

  1. Forming a Matrix: Create a matrix AAA whose column vectors are the given vectors.
A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
A=(101011000)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
  1. Gauss reduction: We apply the Gaussian elimination algorithm to reduce the matrix to normal form.
\text{Row 3} \rightarrow \text{Row 3} - \text{Row 1} \quad \text{e} \quad \text{Row 3} \rightarrow \text{Row 3} - \text{Row 2}
Row 3Row 3Row 1eRow 3Row 3Row 2\text{Row 3} \rightarrow \text{Row 3} - \text{Row 1} \quad \text{e} \quad \text{Row 3} \rightarrow \text{Row 3} - \text{Row 2}

The matrix becomes:

\begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
(101011000)\begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
  1. Identify Pivot Vectors: The vectors corresponding to the columns with pivots (1) are the vectors that form a basis for VVV.

In this case, the vectors \mathbf{v_1}v1\mathbf{v_1} and \mathbf{v_2}v2\mathbf{v_2} are the pivot vectors.

  1. Basis and Dimension:
  • Basis: The set \{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \}{v1,v2}\{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \} is a basis for VVV.
  • Dimension: The dimension of VVV is 222 (since there are 2 vectors in the basis).

Conclusion

We found that the basis of the vector space VVV is \{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \}{v1,v2}\{ \mathbf{v_1}, \mathbf{v_2} \} and its dimension is 222.

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