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Sottospazio vettoriale

Un sottospazio vettoriale W di V è un sottoinsieme non vuoto WV tale che ammetta le operazioni di somma e prodotto per uno scalare di V. È inoltre definito come spazio vettoriale sul campo K se e solo se è esprimibile come combinazione lineare a coefficienti in K.

Condizioni per il sottospazio

Per ogni w1, w2W,

  • w1 + w2V
  • w1 + w2W

Per ogni λ ∈ ℝ, wW,

  • λwV
  • λwW

O ∈ W → sì perché W è sottospazio vettoriale.

Equivalente

Per ogni λ1, λ2K, per ogni w1, w2W

  • λ1w1 + λ2w2W

Intersezione di sottospazi

Siano U, W sottospazi di V. UW = {v : vU e vW} è un sottospazio vettoriale.

Dimostrazione

Se v1, v2UW allora,

  • v1 + v2UW perché U e W sono chiusi all'operazione di somma

λ ∈ K, vUWvU e vW

  • λvUW poiché chiusi al prodotto per uno scalare

Somma di sottospazi

Siano W1, W2 due sottospazi di V.

W1W2 è un sottospazio vettoriale → W1W2

W1W2 = W2 → sottospazio per definizione (Analogamente W2W1).

Diseguaglianza triangolare

\(||v+w|| \leq ||v|| + ||w||\)

\(||v+w||^2 = (v+w) \cdot (v+w) = ||v||^2 + 2(v \cdot w) + ||w||^2 \leq ||v||^2 + 2||v|| \cdot ||w|| + ||w||^2 = (||v|| + ||w||)^2\)

Somma diretta di sottospazi

La somma di due sottospazi si dice diretta se e solo se UW = {0}. Ogni vettore vUW si scrive in modo unico nella forma v = u + w, con uU, wW.

Supponiamo per assurdo

Di avere v = u1 + w1 = u2 + w2

u1 - u2 = w2 - w1UW = {0}

u1 - u2 = 0 = w2 - w1

u1 = u2, w1 = w2

⇒ l'espressione u1 + w1 è unica

Teorema di Grassmann

Siano U, W due sottospazi di uno spazio finitamente generato V. \(\text{dim} (U + W) = \text{dim} U + \text{dim} W - \text{dim} (U \cap W)\)

Dimostrazione

Sia \({v}_1, {v}_2, ..., {v}_r\) una base di UW → dim UW = r

  1. {v1, ..., vr} è linearmente indipendente → Li completo per ottenere una base di U

→ \({v}_1, ..., {v}_r, {u}_1, ..., {u}_s\) → dim U = r+s

Un insieme libero può essere completato per formare una base

  1. Completo \({v}_1, ..., {v}_r\)

ad una base di W → \({v}_1, ..., {v}_r, {w}_1, ..., {w}_t\) base di W

{v1, ..., vr, u1, ..., us, w1, ..., wt} è un sistema di generatori

Linearmente indipendenti?

→ Ogni vU è scrivibile come combinazione lineare della base di U (r+s)

→ Ogni wW è scrivibile come combinazione lineare della base di W (r+t)

→ Tutti i vettori di U + W si possono scrivere come combinazione lineare di r+s+t

Bisogna verificare che v1, ..., vs e w1, ..., wt siano linearmente indipendenti

λ1v1 + ... + λrvr + d1u1 + ... + dsus + β1w1 + ... βtwt = 0

λ1v1 + ... + λrvr + d1u1 + ... + dsus = -β1w1 - ... - βtwt

Essendo uguali appartengono a UW

→ Si ha d1 = d2 ... = ds = 0

β1 = β2 ... = βt = 0 → λ1v1 + ... + λrvr = 0 → λ1 = ... = λ

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Scienze matematiche e informatiche MAT/02 Algebra

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ariannabusa di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti di algebra lineare e geometria e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Padova o del prof Bottaccin Francesco.
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