7 Μάθημα Πορεία μελέτης Ακόμη μία Άσκηση

Σχετικά έγγραφα
Γραμμική Άλγεβρα Ενότητα 2: Εισαγωγικές έννοιες

7 Μάθημα Πορεία μελέτης Άσκηση Πορεία μελέτης

7 Μάθημα Πορεία μελέτης Ακόμη μία Άσκηση Μάθημα Πορεία μελέτης....

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: Εισαγωγικές Εννοιες. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Γραμμική Άλγεβρα Ενότητα 2: Διανυσματικοί χώροι

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: ιανυσµατικοί χώροι. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Abstract Algebra: The Basic Graduate Year: Robert B. Ash

(a + b) + c = a + (b + c), (ab)c = a(bc) a + b = b + a, ab = ba. a(b + c) = ab + ac

Περιεχόμενα. Πρόλογος 3

1. Για καθένα από τους ακόλουθους διανυσματικούς χώρους βρείτε μια βάση και τη διάσταση. 3. U x y z x y z x y. {(,, ) } a b. c d

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 1: Πολυωνυμικές σχέσεις και ταυτότητες, μέρος Ι

Γραμμική Άλγεβρα Ενότητα 4: Ορίζουσες

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: Γραµµικές απεικονίσεις. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Περιεχόμενα. Πρόλογος 3

12. ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ Α ΒΑΘΜΟΥ. είναι δύο παραστάσεις μιας μεταβλητής x πού παίρνει τιμές στο

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 17 Οκτωβρίου 2011

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

ΠΛΗ 12- Σχέση ισοδυναμίας, γραμμικά συστήματα και απαλοιφή Gauss

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ. ρ Χρήστου Νικολαϊδη

,..., v n. W πεπερασμένα παραγόμενοι και dimv. Τα ακόλουθα είναι ισοδύναμα f είναι ισομορφιμός. f είναι 1-1. f είναι επί.

f I X i I f i X, για κάθεi I.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΟΡΙΖΟΥΣΕΣ

ΜΑΣ121: ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ I Εαρινό εξάμηνο , Διδάσκων: Γιώργος Γεωργίου ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ, Διάρκεια: 2 ώρες 18 Νοεμβρίου, 2017

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Πρότυπα. x y x z για κάθε x, y, R με την ιδιότητα 1R. x για κάθε x R, iii) υπάρχει στοιχείο 1 R. ii) ( x y) z x ( y z)

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 20 Οκτωβρίου 2008

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΕΝΑΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 2 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 28 Νοεμβρίου 2011

Τα παρακάτω σύνολα θα τα θεωρήσουμε γενικά γνωστά, αν και θα δούμε πολλές από τις ιδιότητές τους: N Z Q R C

0 + a = a + 0 = a, a k, a + ( a) = ( a) + a = 0, 1 a = a 1 = a, a k, a a 1 = a 1 a = 1,

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

6 Συνεκτικοί τοπολογικοί χώροι

Ασκήσεις2 8. ; Αληθεύει ότι το (1, 0, 1, 2) είναι ιδιοδιάνυσμα της f ; b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα της γραμμικής απεικόνισης 3 3

ΘΕΩΡΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. Μια παράσταση που περιέχει πράξεις με μεταβλητές (γράμματα) και αριθμούς καλείται αλγεβρική, όπως για παράδειγμα η : 2x+3y-8

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Κεφάλαιο 5 Γραμμικοί Μετασχηματισμοί

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ημιαπλοί Δακτύλιοι

ΤΜΗΜΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΑΚ. ΕΤΟΣ Μαθηματικά για Οικονομολόγους ΙI-Μάθημα 4 Γραμμικά Συστήματα

ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΑΥΓΕΡΙΝΟΣ ΒΑΣΙΛΗΣ

2018 Φάση 2 ιαγωνίσµατα Επανάληψης ΑΛΓΕΒΡΑ. Α' Γενικού Λυκείου. Σάββατο 21 Απριλίου 2018 ιάρκεια Εξέτασης:3 ώρες ΘΕΜΑΤΑ

ΘΕΩΡΙΑ ΠΙΝΑΚΩΝ. Ορισμός 1: Ένας πίνακας Α με m γραμμές και n στήλες,

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 6: Ο αλγόριθμος της διαίρεσης

a = a a Z n. a = a mod n.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων

( ) 10 ( ) εποµ ένως. π π π π ή γενικότερα: π π. π π. π π. Άσκηση 1 (10 µον) Θεωρούµε το µιγαδικό αριθµό z= i.

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΠΕΜΠΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

Δακτύλιοι και Πρότυπα Ασκήσεις 6. Η ύλη των ασκήσεων αυτών είναι η Ενότητα6, Εφαρμογές Θεωρημάτων Δομής στη Γραμμική Αλγεβρα.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ηµεροµηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 12 Οκτωβρίου 2007

1. a. Έστω b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα του A Έστω A και ( x) [ x]

ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΚΑΣΤΕΛΛΑΝΩΝ ΜΕΣΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑ

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

Ο μαθητής που έχει μελετήσει το κεφάλαιο αυτό θα πρέπει:

1 Επανάληψη εννοιών από τον Απειροστικό Λογισμό

Περιεχόμενα. Πρόλογος 3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΟ ΔΙΩΝΥΜΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΟΜΕΣ Ι. Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Κεφάλαιο 1 Πρότυπα. Στο κεφάλαιο αυτό εισάγουμε την έννοια του προτύπου πάνω από δακτύλιο.

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

9 Πολυώνυμα Διαίρεση πολυωνύμων

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 6

ή κανονικός ( regular ), αν για κάθε x και κάθε κλειστό αντιπαραδείγματα με τα οποία αποδεικνύεται ότι οι αντίστροφες συνεπαγωγές δεν ισχύουν.

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 6

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

2.0 ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο 1 Συστήματα γραμμικών εξισώσεων

P(n, r) = n! P(n, r) = n r. (n r)! n r. n+r 1 r n!

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

Ευκλείδειοι Χώροι. Ορίζουµε ως R n, όπου n N, το σύνολο όλων διατεταµένων n -άδων πραγµατικών αριθµών ( x

Α Δ Ι. Παρασκευή 25 Οκτωβρίου Ασκηση 1. Στο σύνολο των πραγματικών αριθμών R ορίζουμε μια σχέση R R R ως εξής:

Η έννοια του συνόλου. Εισαγωγικό κεφάλαιο 27

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΛΥΜΕΝΕΣ & ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Επιμέλεια: Γ. Π. Βαξεβάνης (Γ. Π. Β.

ΤΕΤΥ Εφαρμοσμένα Μαθηματικά 1. Τελεστές και πίνακες. 1. Τελεστές και πίνακες Γενικά. Τι είναι συνάρτηση? Απεικόνιση ενός αριθμού σε έναν άλλο.

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανυσματικοί Χώροι (1) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Μ Α Θ Η Μ Α Τ Α Γ Λ Υ Κ Ε Ι Ο Υ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

8. Πολλαπλές μερικές παράγωγοι

Copyright: Ψωμόπουλος Ευάγγελος, Eκδόσεις Zήτη, Γ έκδοση: Μάρτιος 2012, Θεσσαλονίκη

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι Ι. Λυχναρόπουλος

= 7. Στο σημείο αυτό θα υπενθυμίσουμε κάποιες βασικές ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, δηλαδή τις

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13

AX=B (S) A A X=A B I X=A B X=A B I X=A B X=A B X=A B X X

Ισότητα, Αλγεβρικές και Αναλυτικές Ιδιότητες Πραγματικών Ακολουθιών

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Σημειώσεις Ανάλυσης Ι. Θεωρούμε γνωστούς τους φυσικούς αριθμούς

Μαθηματικά Γ Γυμνασίου

4.6 Η ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΔΙΟΦΑΝΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 7 Βάσεις Διάσταση Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 7/3/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 7 7/3/ / 1

M. J. Lighthill. g(y) = f(x) e 2πixy dx, (1) d N. g (p) (y) =

Πολυωνυμική εξίσωση βαθμού ν ονομάζεται κάθε εξίσωση της μορφής α ν x ν +α ν-1 x ν α 1 x+α 0 =0,με α 0,α 1,...

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 3: Πολυώνυμα τρίτου βαθμού

Γραμμική Άλγεβρα Ι,

Transcript:

Περιεχόμενα I Εναρξη μαθήματος 3 II Αρχικά μαθήματα 5 1 Μάθημα 1 5 1.1 Εισαγωγή............................... 5 1.2 Πορεία μελέτης............................ 5 1.3 Γραμμικά συστήματα......................... 6 2 Μάθημα 2 7 2.1 Εσωτερικά γινόμενα......................... 7 2.2 Αρχίζοντας τη μελέτη της Γραμμικής άλγεβρας........... 7 2.3 Μελέτη εισαγωγικών εννοιών..................... 9 2.4 Και άλλες σκέψεις........................... 11 3 Μάθημα 3 12 3.1 Μελέτη εισαγωγικών εννοιών.................... 12 3.2 Πορεία μελέτης............................ 12 3.3 Ασκήσεις................................ 12 3.4 Σχόλια για τις προτεινόμενες ασκήσεις................ 13 4 Μάθημα 4 14 4.1 Πίνακες και γραμμικά συστήματα................... 14 4.2 Πορεία μελέτης............................ 15 4.3 Στοιχειώδεις μετασχηματισμοί γραμμών πινάκων........... 15 4.4 Πορεία μελέτης............................ 16 4.5 Και άλλες Ασκήσεις......................... 17 5 Μάθημα 5 18 5.1 Πορεία μελέτης............................ 18 5.2 Πορεία μελέτης............................ 19 5.3 Σχόλια................................. 20 5.4 Άσκηση................................ 20 6 Μάθημα 6 21 6.1 Πορεία μελέτης............................ 21 6.2 Μία άσκηση και η λύση της...................... 21 6.3 Ασκήσεις για σκέψη.......................... 22 1

7 Μάθημα 7 23 7.1 Πορεία μελέτης............................ 23 7.2 Ακόμη μία Άσκηση.......................... 25 2

Μέρος I Εναρξη μαθήματος Γραμμική άλγεβρα Ι Ευάγγελος Ράπτης 1 Τα παρακάτω κείμενα, γράφονται και ενημερώνονται καθημερινά για τις ανάγκες του μαθήματος Γραμμική άλγεβρα Ι. Καλούνται οι φοιτητές να επισημαίνουν λάθη και παραλείψεις. Τα μαθήματα θα αρχίσουν την Παρασκευή 2 Οκτωβρίου 2015. Παρακάτω θα βρείτε συγγράμματα και συνδέσμους σε ηλεκτρονική μορφή, όλα χρήσιμα για τη μελέτη σας: 1. Πρόκειται για το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική Άλγεβρα, Τόμος Α, Δ. Βάρσος, Δ. Δεριζιώτης, Μ. Μαλιάκας, Στ. Παπασταυρίδης, Ε. Ράπτης, Ο, Ταλέλλη, Εκδ. Σοφία 2003 Δείτε εδώ 2. Δείτε επίσης και εδώ ένα μάθημα για το «Τί είναι η Γραμμική άλγεβρα» 3. Δείτε στη διεύθυνση εδώ ένα δυνατό υπολογιστικό πακέτο, το οποίο βρίσκεται ελεύθερο στο δίκτυο και θα μας χρειασθεί σύντομα. 1 Ηλεκτρονική διεύθυνση: eraptis@math.uoa.gr Γραφείο: 211, τηλ. 2107276347 Ηλεκτρονική διεύθυνση Ηλεκτρονικής τάξης του μαθήματος: http://eclass.uoa.gr/courses/math125/ 3

Οι παράπλευρες σελίδες συζήτησης Μπορείτε να διατυπώνετε τις απορίες σας και τις σκέψεις σας: 1. Στον σύνδεσμο Τηλεσυνεργασία, είναι ο σύνδεσμος αριστερά στη σελίδα του μαθήματος. Στη σελίδα αυτή έχετε τη δυνατότητα να γράφετε και λίγα μαθηματικά σύμβολα 2. Στον σύνδεσμο Περιοχές Συζητήσεων, αριστερά στη σελίδα του μαθήματος. Τηλεδιασκέψεις Κατά τη διάρκεια του μαθήματος θα γίνουν πολλές Τηλεδιασκέψεις. Κάθε Τηλεδιάσκεψη θα ανακοινώνεται έγκαιρα 4

Μέρος II Αρχικά μαθήματα 1 Μάθημα 1 Παρασκευή 2 Οκτωβρίου 2015 1.1 Εισαγωγή Η Γραμμική άλγεβρα 2 είναι μέρος της προσπάθειας να κατανοήσουμε το χώρο και τον κόσμο γύρω μας. Θα δούμε στην αρχή σημαντικές έννοιες όπως τα σύνολα και οι απεικονίσεις. 1.2 Πορεία μελέτης 1. Δείτε από το βιβλίο Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα τον ορισμό του συνόλου 2. Δείτε και εδώ μία άλλη ματιά για τα σύνολα 3. Δείτε και εδώ την ελληνική εκδοχή των παραπάνω 4. Ορισμός 1.1. Δύο σύνολα Α και Β λέγονται ίσα (θα συμβολίζουμε Α=Β) εάν και μόνο εάν έχουν τα ίδια ακριβώς στοιχεία 5. Δείτε προσεκτικά τον ορισμό του κενού συνόλου: Ορισμός 1.2. Το σύνολο που δεν έχει στοιχεία το λέμε κενό σύνολο και το συμβολίζουμε με το σύμβολο 6. Δείτε από το βιβλίο Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα τον ορισμό της τομής δύο συνόλων, της ένωσης δύο συνόλων και της διαφοράς δύο συνόλων 2 Το βιβλίο αυτό γράφεται κατά τη διάρκεια του Φθινοπώρου 2015 για τις ανάγκες της διδασκαλίας του μαθήματος Γραμμική άλγεβρα Ι(121) Ευάγγελος Ράπτης Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Μαθηματικών 5

1.3 Γραμμικά συστήματα Σε επόμενα μαθήματα θα μελετήσουμε συστηματικά τα γραμμικά συστήματα, διότι είναι σημαντικό μέρος της Γραμμικής άλγεβρας. Στο σημερινό μάθημα απλά θέτουμε τα ερωτήματα. Αρχίζουμε με ένα παράδειγμα γραμμικού συστήματος τριών εξισώσεων με τρείς αγνώστους: Ερωτήματα (Σ) x + 2y + 3z = 0 4x + 5y + 6z = 0 7x + 8y + 9z = 0 1. Τι είναι το σύνολο λύσεων του συστήματος (Σ); 2. Ποια είναι τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του (Σ); 3. Υπάρχουν άλλα συστήματα με το ίδιο σύνολο λύσεων; 4. Εχει το σύστημα (Σ) πεπερασμένο ή άπειρο σύνολο λύσεων; 5. Ποιο είναι το «απλούστερο» κατά την γνώμη σας γραμμικό σύστημα με το ίδιο σύνολο λύσεων όπως το (Σ); Τέλος του πρώτου μαθήματος 6

2 Μάθημα 2 2.1 Εσωτερικά γινόμενα 1. Το σύνολο ζευγών πραγματικών αριθμών το συμβολίζουμε με R 2. Στο σύνολο αυτό ορίζουμε το εσωτερικό γινόμενο ως εξής: (α 1, α 2 ) (β 1, β 2 ) = α 1 β 1 + α 2 β 2 2. Το σύνολο τριάδων πραγματικών αριθμών το συμβολίζουμε με R 3. Στο σύνολο αυτό ορίζουμε το εσωτερικό γινόμενο ως εξής: (α 1, α 2, α 3 ) (β 1, β 2, β 3 ) = α 1 β 1 + α 2 β 2 + α 3 β 3 Τα εσωτερικά γινόμενα έχουν έναν σημαντικό ρόλο στη μελέτη της Γραμμικής άλγεβρας. Θα δούμε αρκετά στα επόμενα μαθήματα 2.2 Αρχίζοντας τη μελέτη της Γραμμικής άλγεβρας 1. Δείτε ξανά μία εισαγωγή στην Γραμμική άλγεβρα του καθηγητή W.Strang, MIT εδώ 2. Διαβάστε την Εισαγωγή από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» 3 3. Ρίξτε επίσης μια ματιά και στη διεύθυνση Εγκυκλοπαίδεια wikipedia Στη διεύθυνση αυτή θα βρείτε και άλλα ιστορικά στοιχεία, όπως και υλικό για τη Γραμμική άλγεβρα 4. Αρχίζουμε να μελετάμε τους πίνακες. Οι πίνακες είναι πρωταρχικής σημασίας στο μάθημα αυτό. Συνοπτικά μιλώντας (ο ακριβής ορισμός θα δοθεί στη συνέχεια) πίνακας είναι μία ορθογώνια διευθέτηση αντικειμένων. Για παράδειγμα το σύμβολο 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 είναι ένας πίνακας 4 γραμμών και 3 στηλών ή ένας 4 3 πίνακας. Ο όρος στα αγγλικά είναι matrix. 3 Το βιβλίο αυτό θα το βρείτε ηλεκτρονικά από την αρχική σελίδα του μαθήματος 7

5. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι κύριος στόχος του μαθήματος είναι να μελετήσει τη δομή του συνόλου λύσεων Λ του γραμμικού συστήματος: (Σ) όπου τα α ij, β i είναι συντελεστές 4 α 11 x 1 + α 12 x 2 + + α 1ν x ν = β 1 α 21 x 1 + α 22 x 2 + + α 2ν x ν = β 2 α µ1 x 1 + α µ2 x 2 + + α µν x ν = β µ 6. Δείτε επίσης το βίντεο εδώ και μελετήστε ένα δικό σας ομογενές σύστημα. 7. Ορισμός 2.1. Σύνολο λύσεων του συστήματος (Σ) είναι το σύνολο Λ = {(ξ 1, ξ 2,, ξ ν } που έχει την ιδιότητα αν θέσουμε x 1 = ξ 1, x 2 = ξ 2,, x ν = ξ ν, τότε όλες οι εξισώσεις του συστήματος επαληθεύονται. Σε κάθε γραμμικό σύστημα (Σ) όπως πιο πάνω αντιστοιχούν δύο πίνακες E = α 11 α 12 α 1ν β 1 α 21 α 22 α 2ν β 2 α µ1 α µ2 α µν β µ και ο πίνακας A = α 11 α 12 α 1ν α 21 α 22 α 2ν α µ1 α µ2 α µν Ορισμός 2.2. Ο πίνακας Α ονομάζεται πίνακας του συστήματος. Ο πίνακας Ε ονομάζεται επαυξημένος πίνακας του συστήματος Εύκολα παρατηρούμε ότι το ζεύγος των πινάκων Α και Ε κωδικοποιούν πλήρως όλες τις πληροφορίες του συστήματος. 4 Χωρίς λάθος μπορούμε να θεωρούμε ότι οι συντελεστές είναι πραγματικοί αριθμοί. Σε επόμενα μαθήματα θα αποσαφηνίσουμε περισσότερο το ρόλο των συντελεστών 8

2.3 Μελέτη εισαγωγικών εννοιών 1. Δείτε από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» τον ορισμό του καρτεσιανού γινομένου συνόλων 2. Δείτε από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» τον ορισμό της σχέσης ισοδυναμίας Ορισμός 2.3. Εστω Α ένα μη-κενό σύνολο. Διαμέριση του συνόλου Α είναι μία οικογένεια υποσυνόλων του A i, i I με τις παρακάτω ιδιότητες 1. A i i I 2. A i A j = εάν i j 3. i I A i = A Θα πρέπει κανείς να σταθεί πολύ στον ορισμό αυτό ξεκινώντας τη μελέτη στην Άλγεβρα. Στο σημείο αυτό δείτε το βίντεο εδώ Κάθε διαμέριση δημιουργεί μία σχέση μεταξύ των στοιχείων του Α ως εξής: Το στοιχείο χ του Α σχετίζεται με το στοιχείο ψ του Α εάν το χ και το ψ βρίσκονται σε κάποιο A i και τα δύο Θα συμβολίζουμε χ ψ Η παραπάνω σχέση έχει τις παρακάτω ιδιότητες: 1. χ χ για κάθε στοιχείο χ του Α. Αυτό είναι άμεσο. Η ιδιότητα αυτή λέγεται αυτοπαθής 2. Αν x y τότε x, y A i για κάποιο A i και άρα y, x A i, δηλαδή y x. Η ιδιότητα αυτή λέγεται συμμετρική 3. Αν x y και y z, τότε τα x, y, z A i για κάποιο κοινό A i οπότε x z. Η ιδιότητα αυτή λέγεται μεταβατική Μπορούμε εδώ να διατυπώσουμε την παρακάτω Πρόταση 2.4. Εστω Α ένα μη κενό σύνολο. Κάθε διαμέριση του συνόλου Α επάγει(δημιουργεί) μία σχέση ισοδυναμίας στο σύνολο Α Απόδειξη Άμεση από την παραπάνω συζήτηση Στην πραγματικότητα αν Α ένα μη κενό σύνολο, μία σχέση ισοδυναμίας στο Α είναι ένα μη κενό υποσύνολο R του καρτεσιανού γινομένου A A δηλαδή R A A με τις παρακάτω ιδιότητες: 9

1. (x, x) R για κάθε x A 2. Αν (x, y) R, τότε (y, x) R 3. Αν (x, y) R και (y, z) R, τότε (x, z) R Πολλές φορές θα συμβολίζουμε ή (x, y) R ή xry ή x y Με βάση αυτόν το γενικό ορισμό της σχέσης ισοδυναμίας στο μη κενό σύνολο Α δημιουργούμε υποσύνολα ως εξής: Αν x A, τότε [x] = {y A y x} Κάθε υποσύνολο [x] όπως παραπάνω θα το ονομάζουμε κλάση ισοδυναμίας με αντιπρόσωπο το x Πρόταση 2.5. Εστω μία σχέση ισοδυναμίας στο μη-κενό σύνολο Α 1. Κάθε κλάση ισοδυναμίας [x] περιέχει το x διότι x x. Άρα κάθε κλάση ισοδυναμίας είναι μη-κενό σύνολο 2. Αν [x] [y] δύο κλάσεις ισοδυναμίας, τότε είτε [x] = [y] είτε [x] [y] = 3. x A [x] = A Απόδειξη: Το σημείο 1 έχει ήδη αποδειχθεί Για το σημείο 2 τώρα. Αν [x] [y] = είναι δεκτό. Αν [x] [y], τότε υπάρχει ω [x] [y] και έτσι x ω και y ω. Τότε όμως λόγω της μεταβατικής ιδιότητας έχουμε x y και έτσι [x] = [y] Η τρίτη απαίτηση είναι άμεση, διότι κάθε x [x] και έτσι x A [x] = A Καταλήγουμε έτσι ότι το σύνολο [x] x A, δηλαδή το σύνολο των κλάσεων ισοδυναμίας σχηματίζει μία διαμέριση του Α Καταλήξαμε στο παρακάτω πολύ σημαντικό: Θεώρημα 2.6. Εστω Α ένα μη κενό σύνολο. Υπάρχει μία 1-1 και επί σχέση D I όπου D το σύνολο των διαμερίσεων του Α και I το σύνολο των σχέσεων ισοδυναμίας. Κάθε διαμέριση απεικονίζεται σε μία σχέση ισοδυναμίας που περιγράψαμε πιο πάνω. Αντίστροφα κάθε σχέση ισοδυναμίας δημιουργεί μία διαμέριση που επίσης περιγράψαμε πιο πάνω. Η μία απεικόνιση είναι αντίστροφη της άλλης Ορισμός 2.7. Εστω Α ένα μη κενό σύνολο και μία σχέση ισοδυναμίας στο σύνολο αυτό. 1. Το σύνολο {[x], x A} δηλαδή το σύνολο των κλάσεων ισοδυναμίας λέγεται σύνολο-πηλίκο και συμβολίζεται A/ 2. Η απεικόνιση A A/ με x [x] λέγεται προβολή 10

2.4 Και άλλες σκέψεις 1. Στο σύνολο των πραγματικών αριθμών R ορίζουμε τη σχέση: α β η διαφορά α β είναι ακέραιος αριθμός. Εξετάστε εάν η σχέση αυτή είναι σχέση ισοδυναμίας. Βρείτε και τις κλάσεις ισοδυναμίας αν είναι πράγματι σχέση ισοδυναμίας. Σκεφθείτε μία γεωμετρική προσέγγιση. 2. Στο σύνολο των ακεραίων αριθμών Z ορίζουμε τη σχέση: α β το 2 διαιρεί τη διαφορά α β. Δείξτε ότι η σχέση αυτή είναι σχέση ισοδυναμίας. ισοδυναμίας Τέλος του δευτέρου μαθήματος Βρείτε και τις κλάσεις 11

3 Μάθημα 3 3.1 Μελέτη εισαγωγικών εννοιών 1. Δείτε από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» 5 τον ορισμό της απεικόνισης και τα παραδείγματα 2. Πότε μία απεικόνιση λέγεται ότι είναι 1-1;, πότε επί; 3.2 Πορεία μελέτης 1. Μελετήστε την παράγραφο 2.1 του κεφαλαίου 2 (Πίνακες και Γραμμικές εξισώσεις) σελίδα 29 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» 6 2. Μελετήστε τους ορισμούς 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3, 2.2.4 καθώς και τα παραδείγματα 2.2.5, 2.2.6 και 2.2.7 σελ 31 και 32 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» 3. Δείτε στη διεύθυνση εδώ σχετικά με τους πίνακες. 3.3 Ασκήσεις Οι λύσεις των παρακάτω ασκήσεων να γίνουν στοιχειωδώς. Άσκηση 3.1. 1. Να βρεθεί το σύνολο λύσεων του παρακάτω συστήματος 3x + 5y + 6z = 28 x + y + z = 6 δηλαδή να βρεθεί το σύνολο Λ όλων των τριάδων (ξ 1, ξ 2, ξ 3 ) πραγματικών αριθμών, έτσι ώστε αν αντικαταστήσουμε x = ξ 1, y = ξ 2, z = ξ 3, ικανοποιούνται και οι δύο εξισώσεις του συστήματος. 2. Να κάνετε το ίδιο και για το σύστημα 3x + 5y + 6z = 0 x + y + z = 0 3. Αν Λ το σύνολο λύσεων του πρώτου συστήματος και Λ το σύνολο λύσεων του δευτέρου, να βρεθεί η τομή Λ Λ 5 Το βιβλίο αυτό θα το βρείτε ηλεκτρονικά από την αρχική σελίδα του μαθήματος 6 Το βιβλίο αυτό θα το βρείτε ηλεκτρονικά από την κεντρική σελίδα του μαθήματος 12

3.4 Σχόλια για τις προτεινόμενες ασκήσεις 1. Για την πρώτη άσκηση βρίσκουμε με οποιονδήποτε τρόπο ότι υπάρχει έστω και μία τριάδα (ξ 1, ξ 2, ξ 3 ) πραγματικών αριθμών, που είναι λύση. Αργότερα θα πούμε «σίγουρες» διαδικασίες για εύρεση λύσης. Μετά ( αφού δηλαδή εξασφαλίσουμε ότι το σύνολο λύσεων Λ είναι μη-κενό) σκεφθείτε «γεωμετρικά» τι περιμένουμε να είναι το Λ. Η πρώτη εξίσωση, λοιπόν, η 3x + 5y + 6z = 28 του συστήματος από μόνη της παριστάνει ένα επίπεδο στον χώρο που ζούμε 7. Το ίδιο και η δεύτερη εξίσωση x + y + z = 6 παριστάνει ένα επίπεδο. Επιστρατεύουμε εδώ τη φαντασία μας για να μαντέψουμε το αποτέλεσμα και τη μαθηματική μας διαίσθηση για να προχωρήσουμε αυστηρά. Αν τα δύο επίπεδα είναι παράλληλα, τότε δεν τέμνονται και έτσι το σύστημα δεν έχει λύσεις, δηλαδή το Λ είναι το κενό σύνολο. Υπάρχουν τώρα οι περιπτώσεις τα δύο επίπεδα να ταυτίζονται ή τα δύο επίπεδα να τέμνονται αλλά να μην ταυτίζονται. Σκεφθείτε λίγο την προσέγγιση αυτή αφού πρώτα δείτε και το βίντεο εδώ 2. Η δεύτερη άσκηση αντιμετωπίζεται όπως και η προηγούμενη. μόνο που στην περίπτωση αυτή κατά προφανή τρόπο το σύστημα έχει λύση την (0,0,0) Σύστημα σαν αυτό το ονομάζουμε ομογενές σύστημα. 3. Για το τρίτο ερώτημα σκεφθείτε ότι έχουμε να λύσουμε ένα σύστημα 4 εξισώσεων 7 Αυτό χρειάζεται απόδειξη 13

4 Μάθημα 4 4.1 Πίνακες και γραμμικά συστήματα Θεωρούμε ξανά το γραμμικό σύστημα (Σ) α 11 x 1 + α 12 x 2 + + α 1ν x ν = β 1 α 21 x 1 + α 22 x 2 + + α 2ν x ν = β 2 α µ1 x 1 + α µ2 x 2 + + α µν x ν = β µ 1. Αν «ξεχάσουμε» τα x 1, x 2,, x ν και τα σύμβολα της πρόσθεσης, καταλήγουμε σε δύο πίνακες (αʹ) A = α 11 α 12 α 13 α 1ν α 21 α 22 α 23 α 2ν α 31 α 32 α 33 α 3ν α µ1 α µ2 α µ3 α µν (βʹ) C = α 11 α 12 α 13 α 1ν β 1 α 21 α 22 α 23 α 2ν β 2 α 31 α 32 α 33 α 3ν β 3 α µ1 α µ2 α µ3 α µν β µ 2. Ορισμός 4.1. Ο πίνακας Α λέγεται πίνακας του συστήματος και ο πίνακας C λέγεται επαυξημένος πίνακας του συστήματος 3. Μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι ο πίνακας Α του συστήματος και ο επαυξημένος πίνακας C του συστήματος έχει όλες τις πληροφορίες του συστήματος. 4. Σημαντικό ερώτημα: Πως μπορούμε να ορίσουμε αυστηρά ότι ένα σύστημα είναι απλούστερο από κάποιο άλλο; Είναι δυνατόν ένα σύστημα (Σ) να μετασχηματισθεί σε κάποιο άλλο απλούστερο (Σ ), ώστε το σύνολο λύσεων του Σ να είναι ίσο με το σύνολο λύσεων του (Σ ); 14

5. Το σύνολο των πινάκων με μ γραμμές και ν στήλες και συντελεστές πραγματικούς αριθμούς, το συμβολίζουμε με R µ ν 6. Στο σύνολο των πινάκων ορίζουμε ορισμένες πράξεις: (αʹ) την πράξη της πρόσθεσης. (βʹ) Την πράξη της αφαίρεσης (γʹ) Την πράξη του πολλαπλασιασμού πραγματικού αριθμού με πίνακα 4.2 Πορεία μελέτης 1. Μελετήστε την παράγραφο 2.3 του κεφαλαίου 2 (Πίνακες και Γραμμικές εξισώσεις) από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» και ιδιαίτερα δείτε τον τρόπο που γίνονται οι παραπάνω τρείς πράξεις 2. Κατεβάστε και ξεφυλίστε το βιβλίο Γραμμικής άλγεβρας κάνοντας κλικ εδώ 3. Δείτε ξανά στη διεύθυνση εδώ σχετικά με τους πίνακες και τις πράξεις μεταξύ πινάκων. 4.3 Στοιχειώδεις μετασχηματισμοί γραμμών πινάκων Το ερώτημα που θα μας απασχολήσει επίσης στο μάθημα αυτό είναι ποιές είναι οι αλλαγές που μπορούμε να κάνουμε στο γραμμικό σύστημα: (Σ) α 11 x 1 + α 12 x 2 + + α 1ν x ν = β 1 α 21 x 1 + α 22 x 2 + + α 2ν x ν = β 2 α µ1 x 1 + α µ2 x 2 + + α µν x ν = β µ έτσι ώστε το σύστημα να γίνει πιο απλό ως προς τη λύση του. Ποιές είναι οι επιπτώσεις των αλλαγών αυτών στον πίνακα του συστήματος και στον επαυξημένο; 1. Θεωρούμε το παραπάνω σύστημα (Σ) και το σύστημα: (Σ ) (α 11 + α 21 ) x 1 + (α 12 + α 22 ) x 2 + + (α 1ν + α 2ν ) x ν = β 1 + β 2 α 21 x 1 + α 22 x 2 + + α 2ν x ν = β 2 α µ1 x 1 + α µ2 x 2 + + α µν x ν = β µ 2. Παρατηρούμε ότι το δεύτερο σύστημα το πήραμε προσθέτοντας στην πρώτη εξίσωση τη δεύτερη. Παρατηρούμε επίσης ότι η επίπτωση στους αντίστοιχους πίνακες είναι: (αʹ) Ο πίνακας A του συστήματος Σ προκύπτει από τον πίνακα Α του συστήματος Σ προσθέτοντας στην πρώτη γραμμή τη δεύτερη γραμμή. 15

(βʹ) Ο επαυξημένος πίνακας C του συστήματος Σ προκύπτει από τον επαυξημένο πίνακα C του συστήματος Σ προσθέτοντας στην πρώτη γραμμή τη δεύτερη γραμμή 3. Σημαντική παρατήρηση. Το σύνολο λύσεων Λ του συστήματος (Σ) είναι ίσο με το σύνολο λύσεων Λ του συστήματος Σ Απόδειξη 8 Εστω (ξ 1, ξ 2,, ξ ν ) ένα στοιχείο του Λ. Τότε η ν-άδα αυτή ικανοποιεί κάθε εξίσωση του Λ και προφανώς κάθε εξίσωση του Λ και αντίστροφα. 4. Αν κάποια εξίσωση του συστήματος Σ πολλαπλασιασθεί με ένα αριθμό διαφορετικό του μηδενός προκύπτει ένα σύστημα Σ, του οποίου το σύνολο λύσεων εξακολουθεί να είναι το ίδιο με το σύνολο λύσεων του Σ 5. Αν αλλάξουμε τη θέση δύο εξισώσεων του Σ το σύνολο λύσεων δεν μεταβάλλεται 6. Παρατηρούμε λοιπόν ότι μπορούμε να κάνουμε κάποιους μετασχηματισμούς στο γραμμικό σύστημα Σ, χωρίς να μεταβληθεί το σύνολο λύσεων Λ, με σκοπό πάντα να καταλήξουμε σε απλούστερο σύστημα. 7. Οι μετασχηματισμοί του συστήματος Σ, οδηγούν στους παρακάτω μετασχηματισμούς τους δύο πίνακες Α του συστήματος και C του επαυξημένου πίνακα του συστήματος. 8. (αʹ) Πολλαπλασιασμός μιας γραμμής του πίνακα με ένα στοιχείο λ διάφορο του μηδενός (βʹ) Πολλαπλασιασμός της κ-γραμμής με λ και πρόσθεσης του αποτελέσματος στην i-γραμμή, k i (γʹ) εναλλαγή δύο γραμμών Ορισμός 4.2. Οι παραπάνω μετασχηματισμοί πινάκων λέγονται στοιχειώδεις μετασχηματισμοί γραμμών. Δύο πίνακες Α και Β που προκύπτει ο ένας από τον άλλον με επαναλάψηψη στοιχειωδών μετασχηματισμών γραμμών λέγονται γραμμοϊσοδύναμοι πίνακες 4.4 Πορεία μελέτης 1. Μελετήστε καλά τα παραπάνω 2. Δείτε τον ορισμό του κλιμακωτού πίνακα από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α. 8 Ο αναγνώστης καλείται να κάνει την απόδειξη λεπτομερώς 16

3. Δείτε τον ορισμό του ανηγμένου κλιμακωτού πίνακα από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α. 4. Δείτε ξανά το βίντεο με την ομιλία του καθηγητή G.Strang εδώ 4.5 Και άλλες Ασκήσεις 1. Εστω Σ και Σ δύο γραμμικά συστήματα των οποίων οι επαυξημένοι πίνακες C και C αντίστοιχα ικανοποιούν τη σχέση C = λ C με λ 0. Εξετάστε εάν τα σύνολα λύσεων του Σ και Σ είναι ίσα 2. Δύο γραμμικά συστήματα Σ και Σ έχουν επαυξημένους πίνακες C και C αντίστοιχα. Η μόνη διαφορά των πινάκων αυτών είναι ότι η πρώτη γραμμή του C είναι το άθροισμα της πρώτης και της δεύτερης γραμμής του C. Εξετάστε εάν το Σ και το Σ έχουν το ίδιο σύνολο λύσεων 3. Δίνεται ο πίνακας A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Να βρείτε ένα ανηγμένο κλιμακωτό πίνακα A, ο οποίος να είναι γραμμοϊσοδύναμος με τον Α 4. Δείξτε ότι δύο οποιοιδήποτε ανηγμένοι κλιμακωτοί πίνακες γραμμοισοδύναμοι με τον πίνακα Α είναι ίσοι. Διατυπώστε και αποδείξτε ένα θεώρημα σχετικά με τους ανηγμένους κλιμακωτούς πίνακες κάθε πίνακα. Τέλος του τετάρτου μαθήματος 17

5 Μάθημα 5 Με το σημερινό 9 μάθημα αρχίζουμε τη μελέτη των Διανυσματικών χώρων, μία πολύ βασική έννοια της Γραμμικής Άλγεβρας Διανυσματικοί χώροι 5.1 Πορεία μελέτης 1. Δείτε από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» τα εξής: (αʹ) Τον ορισμό του διανυσματικού χώρου. Είναι ο ορισμός 3.1.1 (βʹ) Δείτε τις παρατηρήσεις 3.1.2 συνέχεια. Αναφέρεται στην μοναδικότητα του μηδενικού στοιχείου και του αντιθέτου. (γʹ) Τα παραδείγματα 3.1.3 Προσέξτε ένα-ένα τα παραδείγματα διανυσματικών χώρων 2. Δείτε λεπτομερώς το πόρισμα 2.3.3 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». Αναφέρεται σε βασικές ιδιότητες των πινάκων που θα χρησιμοποιούμε συχνά 3. Δείτε πληροφορίες για τους Διανυσματικούς χώρους ( στα αγγλικά ο όρος είναι vector space ή linear space ) στη διεύθυνση εδώ Πρόκειται για ένα εξαιρετικά κατατοπιστικό άρθρο που περιγράφει και τις διασυνδέσεις και επιρροές της Γραμμικής άλγεβρας και με άλλους κλάδους των Μαθηματικών. 4. Στη διεύθυνση εδώ θα βρείτε ένα καλό βιβλίο Γραμμικής Άλγεβρας, μαζί με ένα βιβλίο ασκήσεων και λύσεων! Πάρτε το και αρχίστε τη μελέτη 5. Δείτε το βιντεο-μάθημα από τη διεύθυνση εδώ 6. Δείτε ένα ακόμη βιντεο-μάθημα από τη διεύθυνση εδώ 9 Το βιβλίο αυτό γράφεται το Φθινόπωρο του 2012 για τις ανάγκες της διδασκαλίας του μαθήματος Γραμμική άλγεβρα, Ευάγγελος Ράπτης Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Μαθηματικών 18

Ταυτόχρονα με τη συνεχιζόμενη μελέτη των πινάκων και των ιδιοτήτων τους, εισάγουμε σήμερα την έννοια του υπόχωρου ενός διανυσματικού χώρου. Ο υπόχωρος είναι ένα μη κενό υποσύνολο του χώρου και έχει την ίδια δομή δηλαδή είναι και αυτός ένας διανυσματικός χώρος με πράξεις τον περιορισμό των πράξεων του χώρου στο σύνολο Α. 5.2 Πορεία μελέτης 1. Μελετήστε προσεκτικά το παράδειγμα 2.3.5 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». Στο παράδειγμα αυτό γίνεται συζήτηση για τη σωστή χρήση των αξιωμάτων και των ορισμών 2. Δείτε τον ορισμό 2.3.7 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α», της διαφοράς δύο πινάκων A, B F µ ν 3. Δείτε επίσης τον ορισμό 2.3.12 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» (αʹ) Του Συμμετρικού πίνακα, συμμετρικός είναι ένας τετραγωνικός πίνακας Α με την ιδιότητα A = A t (βʹ) Του Αντισυμμετρικού πίνακα,αντισυμμετρικός είναι ένας τετραγωνικός πίνακας Α με την ιδιότητα A = A t 4. Δίνουμε τώρα τον παρακάτω ορισμό Ορισμός 5.1. Εστω V ένας Διανυσματικός χώρος επί του F 10 Το υποσύνολο Α του V θα λέγεται υπόχωρος του V (ή διανυσματικός υπόχωρος του V ) εάν ικανοποιεί τα παρακάτω (αʹ) Το μηδενικό στοιχείο 0 V του χώρου ανήκει στο Α (έτσι το Α είναι μήκενό σύνολο) (βʹ) Αν α και β δύο στοιχεία του Α, τότε και το α+β είναι και αυτό στοιχείο του Α (γʹ) Αν α είναι κάποιο στοιχείο του Α και λ F, τότε και το λα ανήκει στο Α 10 Επισημαίνουμε ότι με το σύμβολο F στο μάθημα αυτό θα συμβολίζουμε ένα από τα τρία σύνολα (αʹ) Το σύνολο R των πραγματικών αριθμών (βʹ) Το σύνολο C των μιγαδικών αριθμών (γʹ) σύνολο Q των ρητών αριθμών 19

5.3 Σχόλια 1. Ενας υπόχωρος Α είναι ένας «μικρός διανυσματικός χώρος» μέσα στον «μεγάλο» διανυσματικό χώρο V 2. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε εάν ένας διανυσματικός χώρος έχει υπόχωρους, πόσους έχει και ποιοί είναι 3. Αν ο Α είναι υπόχωρος του V, συμβολίζουμε με A V 5.4 Άσκηση Να μελετήσετε με στοιχειώδεις τρόπους τους υπόχωρους του παρακάτω διανυσματικού χώρου V = {f : R R f(x) = αx + β, α, β R}. Οι πράξεις στον Διανυσματικό χώρο αυτό είναι οι συνήθεις Τέλος του πέμπτου μαθήματος 20

6 Μάθημα 6 6.1 Πορεία μελέτης 1. Μελετήστε το παρακάτω θεώρημα: Θεώρημα 6.1. Εστω Α και Β δύο υπόχωροι του διανυσματικού χώρου V. Τότε η τομή A B είναι υπόχωρος. Απόδειξη Το μηδενικό στοιχείο 0 V ανήκει εξ ορισμού κα στο Α και στο Β άρα και στην τομή τους. Αν α,β ανήκουν και στον υπόχωρο Α και στον Β, τότε το άθροισμα α+β θα ανήκει επίσης και στους δύο υπόχωρους, άρα και στην τομή τους Αν χ ανήκει στον υπόχωρο Α και στον Β και λ F, τότε από τον ορισμό έχουμε ότι το λχ ανήκει και στον Α και στον Β άρα και στην τομή τους Τελικά η τομή των υπόχωρων είναι υπόχωρος. 2. Από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» να μελετήσετε τον ορισμό 2.5.1 και τα παραδείγματα 2.5.2 και 2.5.3 που αναφέρονται στο γινόμενο πινάκων 6.2 Μία άσκηση και η λύση της Δείξτε ότι το σύνολο των διπλά παραγωγίσιμων συναρτήσεων f : R R που ικανοποιούν τη σχέση f 5 f +6 f = 0 είναι ένας Διανυσματικός χώρος με συντελεστές πραγματικούς αριθμούς Λύση της άσκησης Η άσκηση αναφέρεται σε ένα σύνολο V πραγματικών συναρτήσεων μιας πραγματικής μεταβλητής. Κάθε στοιχείο f(x) V είναι μία συνάρτηση f : R R, για την οποία υπάρχει η δεύτερη παράγωγος και ισχύει επί πλέον f 5 f + 6 f = 0 Για να είναι το σύνολο V Διανυσματικός χώρος θα πρέπει να ικανοποιούνται τα αξιώματα του Διανυσματικού χώρου δες 5.1 1. Το σύνολο V είναι μη κενό, διότι η μηδενική συνάρτηση 0 : R R με 0(x) = 0 x R παραγωγίζεται δύο φορές και προφανώς ικανοποιεί τη συνθήκη f 5 f + 6 f = 0 2. Αν f 1 (x), f 2 (x) V, τότε f 1 5 f 1 + 6 f 1 = 0 και f 2 5 f 2 + 6 f 2 = 0 Προσθέτοντας κατά μέλη έχουμε (f 1 + f 2 ) 5 (f 1 + f 2 ) + 6 (f 1 + f 2 ) = 0 3. Συνεχίζουμε με τον τρόπο αυτό αποδεικνύοντας ότι ικανοποιούνται όλα τα αξιώματα του διανυσματικού χώρου για το σύνολο V 21

6.3 Ασκήσεις για σκέψη 1. Εστω R 2 2 ο διανυσματικός χώρος των 2 2 πινάκων με συντελεστές πραγματικούς αριθμούς. Να βρείτε όλους τους υπόχωρους που περιέχουν τους παρακάτω ( ) 4 ( πίνακες: ) ( ) ( ) 1 0 0 1 0 0 0 0,,, 0 0 0 0 1 0 0 1 2. Εστω R ο διανυσματικός χώρος των πραγματικών αριθμών επί του R. Να βρεθούν οι υπόχωροί του. 3. Εστω R 2 = {(x, y) x, y R} ο διανυσματικός χώρος των ζευγών πραγματικών αριθμών επί του R. Να περιγραφούν οι υπόχωροί του 4. Εστω C ο διανυσματικός χώρος των μιγαδικών αριθμών επί του R. Να περιγραφούν οι υπόχωροί του. 5. Εστω C ο διανυσματικός χώρος των μιγαδικών αριθμών επί του C. Να βρεθούν οι υπόχωροί του. Τέλος του έκτου μαθήματος 22

7 Μάθημα 7 7.1 Πορεία μελέτης 1. Δείτε την απόδειξη της πρότασης 3.2.10 από το βιβλίο Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α 11 Είναι εντελώς ίδια με την απόδειξη του θεωρήματος 6.1 παραπάνω. Η μόνη διαφορά είναι ότι δεν έχουμε κατ ανάγκη δύο υπόχωρους αλλά ένα μη κενό σύνολο υπόχωρων, ενδεχομένως και άπειρο. Μελετήστε καλά την απόδειξη 2. Οι υπόχωροι. Μέρος ΙΙ Εστω A i, i I μία οικογένεια υπόχωρων. Τι μπορεί να σημαίνει αυτή η έκφραση; Και γιατί είμαστε αναγκασμένοι να την χρησιμοποιούμε; Και τι αποτελέσματα μπορούμε να πάρουμε; Ας επαναλάβουμε ήδη γνωστά αποτελέσματα που τα διαβάσαμε λίγο πρίν: (αʹ) Αν Α και Β δύο υπόχωροι ενός διανυσματικού χώρου V, τότε και η τομή τους είναι υπόχωρος του V. Απόδειξη: Το μηδενικό στοιχείο 0 V του χώρου ανήκει και στον υ- πόχωρο Α και στον υπόχωρο Β (από τον ορισμό), άρα ανήκει και στην τομή τους. Ετσι η πρώτη απαίτηση για να είναι η τομή A B υπόχωρος ικανοποιείται. Εστω τώρα x, y A B. Θέλουμε να αποδείξουμε ότι x + y A B. Εχουμε από υπόθεση ότι x, y A και x, y B. Επειδή τώρα Α και Β είναι υπόχωρος θα έχουμε ξεχωριστά ότι x + y A και x + y B, άρα x + y A B Εστω λ F και x A B. Άρα ξεχωριστά θα έχουμε ότι x A και x B. Επειδή τώρα Α και Β υπόχωροι και λ είναι συντελεστής, θα έχουμε λx A λx A Τελικά λx A B. Ικανοποιούνται έτσι και οι τρείς απαιτήσεις και έτσι η τομή δύο υπόχωρων είναι υπόχωρος (βʹ) Η τομή πεπερασμένου πλήθους υπόχωρων του V είναι υπόχωρος επίσης, δηλαδή αν A 1, A 2,, A ν είναι υπόχωροι του V, τότε και η τομή ν i=1 A i είναι υπόχωρος. Η απόδειξη γίνεται με επαγωγή. Δοκιμάστε να την κάνετε (γʹ) Αν τώρα πάρουμε για παράδειγμα όλους τους υπόχωρους του R 2 και θελήσουμε να τους βάλουμε σε μία σειρά θα δούμε ότι αυτό είναι αδύνατο. Αυτό σχετίζεται με ένα σπουδαίο θεώρημα που λέει ότι δέν υπάρχει συνάρτηση f : R N, η οποία να είναι 1-1 και επί. Με άλλα λόγια δεν είναι δυνατόν να βάλουμε τους πραγματικούς αριθμούς σε μια σειρά και να τους θεωρήσουμε ως στοιχεία ακολουθίας! Υπάρχει μία ιστορία με το ξενοδοχείο των αριθμών που θα πούμε σε επόμενα μαθήματα. Στο 11 Το βιβλίο αυτό θα το βρείτε σε ηλεκτρονική μορφή από την αρχική σελίδα του μαθήματος 23

μάθημα αυτό δεν θα αποδείξουμε τον παραπάνω ισχυρισμό, αλλά αυτό μας επιβάλει να γράφουμε ως εξής: Εστω A i, i I, η οικογένεια των υπόχωρων του V που έχουν μία ιδιότητα. Δεν μπορούμε, αλλά ούτε χρειαζόμαστε να βάλουμε σε μία σειρά τους υπόχωρους. Θεώρημα 7.1. Εστω Α ένα υποσύνολο ενός διανυσματικού χώρου V. Τότε η τομή όλων των υπόχωρων του V, που περιέχουν το Α είναι υπόχωρος. Απόδειξη Είναι όμοια με την παραπάνω. Η διαφορά βρίσκεται στο γεγονός ότι δεν δικαιούμαστε να θεωρήσουμε τους υπόχωρους που περιέχουν το Α, ως στοιχεία ακολουθίας Θέμα για σκέψη: Να βρεθεί η τομή όλων των υπόχωρων του V. Να βρεθεί η τομή όλων των υπόχωρων του R 2 που ο καθένας περιέχει το (2,3) 3. Δείτε προσεκτικά τον ορισμό 3.3.1 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» του γραμμικού συνδυασμού στοιχείων του υποσυνόλου Κ ενός διανυσματικού χώρου V. Παρατηρήστε ότι (αʹ) Το σύνολο Κ είναι ένα οποιοδήποτε υποσύνολο του διανυσματικού χώρου, πεπερασμένο ή άπειρο. Αρκεί να είναι μη-κενό. (βʹ) Ο γραμμικός συνδυασμός εμπλέκει πάντα πεπερασμένο σύνολο διανυμάτων. 4. Μελετήστε επίσης προσεκτικά την απόδειξη του θεωρήματος 3.3.2. από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». Αναφέρει και αποδεικνύει ότι το σύνολο των γραμμικών συνδυασμών ενός μη-κενού συνόλου Κ είναι ένας υπόχωρος. 5. Ο παραπάνω υπόχωρος λέγεται υπόχωρος του V που παράγεται από το Κ ή γραμμική θήκη του Κ και συμβολίζεται με < K >. Δες και τον ορισμό 3.3.3 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». 6. Αν το Κ είναι πεπερασμένο σύνολο, τότε ο υπόχωρος < K > θα λέγεται πεπερασμένα παραγόμενος. 7. Μελετήστε τα παραδείγματα 3.3.5 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». 8. Από το παράδειγμα 3.3.6 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α» διαπιστώστε ότι υπάρχουν διανυσματικοί χώροι, οι οποίοι δεν είναι πεπερασμένα παραγόμενοι. Βρείτε εσείς ακόμη ένα δικό σας παράδειγμα ενός μη-πεπερασμένα παραγόμενου διανυσματικού χώρου 9. Εστω Κ ένα μή-κενό υποσύνολο του διανυσματικού χώρου V. Η τομή ό- λων των υπόχωρων του V καθένας εκ των οποίων περιέχει το Κ είναι ένας υπόχωρος K του V. 24

10. Μελετήστε την απόδειξη της πρότασης 3.3.7 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος Α». Η πρόταση αυτή με λόγια λέει: Το σύνολο των γραμμικών συνδυασμών στοιχείων του μη-κενού συνόλου Κ, K V είναι ίσο με την τομή όλων των υπόχωρων του V, καθένας εκ των οποίων περιέχει το Κ. 11. Το μόνο που μένει είναι η περίπτωση Κ=. Στην περίπτωση αυτή αναγκαστικά έχουμε ότι < >= {0 V }. Γιατί; 7.2 Ακόμη μία Άσκηση 1. Δίνεται ο διανυσματικός χώρος R 2 [x] των τριωνύμων με συντελεστές πραγματικούς αριθμούς, δηλαδή R 2 [x] = {α x 2 +β x+γ, α, β, γ R}. Να εξετάσετε εάν το σύνολο {1 + x, 1 + 2x, 1 + x 2, 1 + 2x 2 } παράγει τον διανυσματικό χώρο R 2 [x]. 12 Τέλος του εβδόμου μαθήματος Α». 12 Είναι η άσκηση 1 της παραγράφου 3.3 από το βιβλίο «Εισαγωγή στη Γραμμική άλγεβρα Τόμος 25