АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Понятие линейной зависимости и линейной независимости

Читайте также:
  1. I. Понятие и значение охраны труда
  2. I. Понятие общества.
  3. II. ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ ИНФОРМАТИКИ – ИНФОРМАЦИЯ
  4. II. Понятие социального действования
  5. V.2. Правовые категории лиц в зависимости от status libertatis
  6. V.3. Правовые категории лиц в зависимости от status civitatis
  7. V.4. Правовые категории лиц в зависимости от status familiae
  8. А. Понятие жилищного права
  9. А. Понятие и общая характеристика рентных договоров
  10. А. Понятие и признаки подряда
  11. А. Понятие и элементы договора возмездного оказания услуг
  12. А. Понятие и элементы комиссии

В прямоугольной матрице Am´n обозначим ее строки следующим образом:

(a11 a12 … a1n) = а1

(a21 a22 … a2n) = а2

……………………………..

(am1 am2 … amn) = аm

Опр. Строка аm называется линейной комбинацией строк а1, а2, …, аk (k<m), если ее можно представить в виде суммы попарных произведений этих строк на соответствующие числа l1, l2, …, lk, то есть

аm = l1×а1 + l2×а2 +…+ lk×аk = (3.4)

NB. Вообще, линейной комбинацией величин а1, а2, …, аk называется сумма попарных произведений этих величин на соответствующие числа l1, l2, …, lk: , где li = const.

Опр. Величины аi называются линейно независимыми, если их линейная комбинация равна нулю, то есть

= 0 (3.5)

только когда "li=0. В противном случае, если линейная комбинация (3.5) равна нулю хотя бы при одном li ¹0, то величины аi называются линейно зависимыми.

Лемма.

Для того, чтобы величины а1, а2, …, аk были линейно зависимыми, необходимо и достаточно, чтобы хотя бы одна из них была линейной комбинацией остальных.

Доказательство.

1) Необходимость. Пусть величины а1, а2, …, аk линейно зависимы. Это означает, что равенство (3.5) выполняется, например, при l1¹0. Разделив равенство (3.5) на l1и выразив а1 через остальные величины, получим

а1= , (3.6)

где .

Равенство (3.6) означает, что величина а1 является линейной комбинацией остальных величин: а2, …, аk.

2) Достаточность. Пусть, например, величина а1 является линейной комбинацией величин а2, …, аk, то есть имеет место равенство (3.6). Перенесем а1 в правую часть и получим:

(-1)а1 + = 0

Так как коэффициент при а1 отличен от нуля, а линейная комбинация величин а1, а2, …, аk равна нулю, то величины а1, а2, …, аk линейно зависимы. Fin.

Теорема (о базисном миноре).

1) Базисные строки (столбцы) матрицы – линейно независимы.

2) Любая небазисная строка (столбец) матрицы является линейной комбинацией ее базисных строк (столбцов).

Доказательство.

1) Допустим, что базисные строки (столбцы) матрицы являются линейно зависимыми. Тогда, согласно лемме, одна из них является линейной комбинацией остальных и, исходя из свойств определителя, базисный минор такой матрицы будет равен нулю, что противоречит определению базисного минора. Значит, базисные строки (столбцы) матрицы являются линейно независимыми.

2) Перестановкой строк и столбцов, то есть элементарными преобразованиями, добьемся того, чтобы базисный минор располагался в первых k строках и k столбцах матрицы Am´n. Тогда любой минор (k + 1)-го порядка и выше будет равен нулю, то есть строки (столбцы) матрицы, начиная с номера (k + 1) будут линейно зависимыми. Поэтому каждая из этих строк (столбцов) будет представлять собой линейную комбинацию каких-то других (остальных) строк (столбцов). Следовательно, элементарными преобразованиями их можно обнулить. В результате получится матрица, у которой, начиная с (k + 1)-го номера, все строки и столбцы будут нулевыми, а ненулевыми останутся только первые k базисных строк и столбцов, поскольку они линейно независимы. Тогда в обратном порядке мы можем восстановить первоначальный вид матрицы, оперируя только ее базисными строками и столбцами (так как только они остались ненулевыми). Следовательно, любая небазисная строка (столбец) матрицы является линейной комбинацией ее базисных строк (столбцов). Fin.

Теорема (о ранге матрицы).

Ранг матрицы равен максимальному числу линейно независимых строк (столбцов) этой матрицы.

Доказательство. Пусть r(A)=k, тогда k строк матрицы А, составляющие ее базисный минор, являются линейно независимыми. По теореме о базисном миноре любая другая строка вне базисного минора является линейной комбинацией базисных строк. Поэтому число k является максимальным числом линейно независимых строк. Fin.

Следствие. Максимальное число линейно независимых строк в матрице равно максимальному числу линейно независимых столбцов в этой матрице.

Теорема (о линейной зависимости строк (столбцов) определителя).

Для того чтобы определитель D равнялся нулю, необходимо и достаточно, чтобы его строки (столбцы) были линейно зависимыми.

Доказательство.

1) Необходимость. Пусть определитель D=0, тогда порядок его базисного минора меньше порядка определителя. Следовательно, хотя бы одна строка (столбец) определителя является небазисной. Тогда по теореме о базисном миноре, эта строка (столбец) является линейной комбинацией базисных строк (столбцов), и значит все строки (столбцы) определителя будут линейно зависимыми.

2) Достаточность. Если строки (столбцы) определителя D являются линейно зависимыми, то по лемме, хотя бы одна из них является линейной комбинацией базисных строк (столбцов). Следовательно, определитель D=0. Fin.

Пример 1. Являются ли указанные векторы линейно зависимыми?

Решение. Составим определитель D из координат векторов. Если D=0, то приведенные векторы линейно зависимы, а если D¹0, то нет.

D = -3 = = -5 -11 = -5 = 5 =

 

= 5×7 = 35 ¹ 0 Þ указанные векторы линейно независимы.

 

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)