ιανυσµατικοί Χώροι ρ. Κωνσταντίνος Κυρίτσης Μακράς Στοάς 7 & Εθνικής Αντιστάσεως Πειραιάς 185 31 12 Μαρτίου 2009 Περίληψη Οι παρούσες σηµειώσεις αποτελούνε µια σύντοµη εισαγωγή στην έννοια του διανύσµατος και του διανυσµατικού χώρου. Το ϕυλλάδιο διατίθεται ΩΡΕΑΝ και απαγορεύεται η εµπορική εκµετάλλευση από οποιονδήποτε. email: kkiritsis@vitali.gr 1
Κ. Κυρίτσης 2 ιανυσµατικοί Χώροι Περιεχόµενα 1 Εισαγωγή 3 2 Ορισµός ιανυσµατικού Χώρου 3 2.1 Σώµα Αριθµών.......................... 3 2.2 ιανυσµατικός Χώρος...................... 4 3 Γραµµικός Συνδυασµός 5 4 Εκταµα (Span) 5 5 ιανυσµατικός Υποχώρος 5 6 Γραµµική Ανεξαρτησία 6 7 Βάση ιανυσµατικού Χώρου 6 8 Χώρος Λύσεων Συστήµατος 6 9 Χώρος Γραµµών Χώρων Στηλών Πίνακα 6 10 Άθροισµα και Ευθύ Άθροισµα ιανυσµατικών Χώρων 6 11 Συντεταγµένες 7
Κ. Κυρίτσης 3 ιανυσµατικοί Χώροι 1 Εισαγωγή Γεωµετρικά το διάνυσµα ορίζεται σαν προσανατολισµένο ευθύγραµµο τµήµα. Η πρόσθεση των διανυσµάτων γίνεται µε τον κανόνα του παραλληλογράµµου και ο πολλαπλασιασµός µε ϐαθµωτό (αριθµό) ορίζεται να είναι το διάνυσµα που έχει την ίδια κατεύθυνση και αντίστοιχα πολλαπλάσιο µήκος. Αναλυτικά το διάνυσµα ορίζεται να είναι ένας πίνακας στήλη ή ένας πίνακας γραµµή. Η έννοια του διανύσµατος γενικεύεται στην έννοια του διανυσµατικού χώρου. 2 Ορισµός ιανυσµατικού Χώρου 2.1 Σώµα Αριθµών Εστω ένα σύνολο K στο οποίο έχουν οριστεί δύο πράξεις. Την πρώτη ϑα την λέµε πρόσθεση + : K K K και την άλλη πολλαπλασιασµό : K K K. Το σύνολο K µαζί µε τις δύο αυτές πράξεις ϑα λέµε ότι αποτελεί σώµα εαν πληρούνται τα ακόλουθα αξιώµατα, α, β, γ K. 1. 2. α + β = β + α (α + β) + γ = α + (β + γ) = α + β + γ. 3. Υπάρχει το ουδέτερο στοιχείο της πρόσθεσης το οποίο το συµβολίζουµε µε 0. Είναι δε α + 0 = α. 4. Υπαρξη αντιθέτου (αντίστροφος της πρόσθεσης). Συµβολίζεται µε α και είναι α + ( α) = 0. 5. 6. α β = β α. α (β γ) = (α β) γ = α β γ. 7. Υπαρξη ουδετέρου στοιχείου πολλαπλασιασµού που ϑα συµβολίζεται µε 1 (και για το οποίο 1 0) και για το οποίο ισχύει α 1 = α.
Κ. Κυρίτσης 4 ιανυσµατικοί Χώροι 8. Υπαρξη αντιστρόφου που ϑα συµβολίζεται µε 1/α ή α 1 και το οποίο ισχύει α α 1 = 1, 9. α 0. 2.2 ιανυσµατικός Χώρος α (β + γ) = α β + α γ. Εστω το σύνολο V στο οποίο έχουν οριστεί δύο πράξεις, η πρόσθεση + : V V V µεταξύ των στοιχείων του συνόλου και ο πολλαπλασιασµός : K V V µεταξύ των στοιχείων του συνόλου και ενός σώµατος αριθµών K. Αν οι πράξεις πληρούν τα ακόλουθα αξιώµατα, ϑα λέµε ότι το V είναι διανυσµατικός χώρος πάνω στο σώµα K. Σ αυτή την περίπτωση τα στοιχεία του V ϑα λέγονται διανύσµατα και τα στοιχεία του K ϐαθµωτά. Τα αξιώµατα του διανυσµατικού χώρου είναι τα εξής (u, v, w V, λ, µ K). 1. 2. u + v = v + u. u + (v + w) = (u + v) + w = u + v + w. 3. Υπαρξη µηδενικού διανύσµατος, 0 u + 0 = u. 4. Υπαρξη αντιθέτου διανύσµατος, u, 5. u + ( u) = 0. λ (u + v) = λ u + λ v. 6. (λ + µ) u = λ u + µ u. 7. (λ µ)u = λ (µ u).
Κ. Κυρίτσης 5 ιανυσµατικοί Χώροι 8. Απόρροια των παραπάνω είναι 1. 2. 3. 4. 1 u = u. λ 0 = 0. 0 u = 0. λ u = 0 λ = 0 ή u = 0. (1) ( λ) u = λ ( u) = λ u. 3 Γραµµικός Συνδυασµός Εστω τα διανύσµατα u i, i = 1, 2,..., n. Το διάνυσµα v = λ 1 u 1 + λ 2 u 2 + + λ n u n = n λ i u i λέγεται γραµµικός συνδυασµός. Για να γράψουµε το διάνυσµα v σαν γραµµικό συνδιασµό κάποιων διανυσµάτων u i πρέπει να λύσουµε το παραπάνω γραµµικό σύστηµα. 4 Εκταµα (Span) Εκταµα των διανυσµάτων u i ϑα λέγεται το σύνολο όλων των δυνατών γραµ- µικών συνδυασµών των u i. 5 ιανυσµατικός Υποχώρος Αν V διανυσµατικός χώρος και W υποσύνολο του W, τότε το W ϑα λέγεται διανυσµατικός υποχώρος ή απλά υποχώρος, αν πληρεί τα αξιώµατα του διανυσµατικού χώρου µε τις πράξεις όπως ορίστηκαν στον V. Αν W 1, W 2 υποχώροι του V, τότε και το W 1 W 2 είναι επίσης υποχώρος του V. i=1
Κ. Κυρίτσης 6 ιανυσµατικοί Χώροι 6 Γραµµική Ανεξαρτησία Θα λέµε ότι τα διανύσµατα u i είναι γραµµικώς ανεξάρτητα αν η εξίσωση n λ i u i = 0 i=1 έχει µόνη λύση την µηδενική. Στην αντίθετη περίπτωση ϑα λέµε ότι είναι γραµµικώς εξαρτηµένα. 7 Βάση ιανυσµατικού Χώρου Το σύνολο των διανυσµάτων u i, i = 1, 2,..., n ϑα λέγεται ϐάση του V, αν 1. Είναι γραµµικώς ανεξάρτητα και 2. το span τους είναι όλος ο χώρος V. Θα ονοµάζουµε διάσταση του διανυσµατικού χώρου V το πλήθος των διανυσµάτων ϐάσης. dim V = n. 8 Χώρος Λύσεων Συστήµατος Εστω το γραµµικό σύστηµα n m, A X = B. Αν η λύση (ή οι λύσεις) ϑεωρηθούν σαν διάνυσµα-στήλη στον K n, τότε το σύνολό τους λέγεται χώρος λύσεων. 9 Χώρος Γραµµών Χώρων Στηλών Πίνακα Εστω ο πίνακας A, n m. Αν κάθε γραµµή ϑεωρηθεί διάνυσµα στον K m τότε το span αυτών είναι ο χώρος γραµµών. Αντίστοιχα αν κάθε στήλη ϑεωρηθεί σαν διάνυσµα στον K n, τότε το span τους είναι ο χώρος στηλών. Η διάσταση του χώρου στηλών είναι ίση µε την διάσταση του χώρου γραµ- µών και ονοµάζεται rank του πίνακα. 10 Άθροισµα και Ευθύ Άθροισµα ιανυσµατικών Χώρων Αν V 1 και V 2 διανυσµατικοί χώροι, τότε V 1 + V 2 = {u : u = v 1 + v 2, όπου v 1 V 1, v 2 V 2 }.
Κ. Κυρίτσης 7 ιανυσµατικοί Χώροι Αν το v V µπορεί να γραφτεί µε µοναδικό τρόπο σαν v = u + w, όπου u U και w W, τότε λέµε ότι ο V είναι το ευθύ άθροισµα των U, W. Συµβολικά V = U W. Ο V ϑα είναι το ευθύ άθροισµα των U, W αν και µόνο αν 1. V = U + W και 2. U W = {0}. 11 Συντεταγµένες Εστω µια ϐάση {u i } του χώρου V. Τότε για κάθε διάνυσµα ϑα είναι v = n λ i u i i=1 µε µοναδικό τρόπο. Οι αριθµοί λ i ϑα λέγονται συντεταγµένες του διανύσµατος v ως προς την ϐάση {u i }.
Κ. Κυρίτσης 8 ιανυσµατικοί Χώροι ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ Πανεπιστηµιακά Φροντιστήρια Μαθήµατα για: Πανεπιστήµιο Πειραιώς Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών Πάντειον Πανεπιστήµιο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ) Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο (ΕΑΠ) ΤΕΙ Αθηνών ΤΕΙ Πειραιώς... Σεµινάρια για ιαγωνισµούς ηµοσίου Προετοιµασία για: Εθνική Σχολή ηµόσιας ιοίκησης Εθνική Σχολή Τοπικής Αυτοδιοίκησης Υπουργείο Οικονοµικών Υπουργείο Εξωτερικών Υπουργείο ικαιοσύνης ιαγωνισµός Εκπαιδευτικών ιαγωνισµός Ευρύτερου ηµόσιου Τοµέα.
Κ. Κυρίτσης 9 ιανυσµατικοί Χώροι Ξένες Γλώσσες Αγγλικά Κινέζικα TOEFL (εξεταστικό κέντρο) GMAT IELTS TOEIC GRE Εξειδικευµένα Σεµινάρια Επίσηµο Εξεταστικό Κέντρο TOEFL Στατιστικά Προγράµµατα (SPSS, StatView,... ) Matlab Mathematica Autocad Μηχανογραφηµένη Λογιστική Γλώσσες Προγραµµατισµού (C, C++, Java, Php,... )
Κ. Κυρίτσης 10 ιανυσµατικοί Χώροι Πληροφορική (Πιστοποιήσεις) Βασικό Επίπεδο (απαραίτητο στον ΑΣΕΠ) Προχωρηµένο Επίπεδο Εξειδικευµένο Επίπεδο Πιστοποιηµένο Εξεταστικό Κέντρο ECDL Πιστοποιηµένο Εξεταστικό Κέντρο keycert Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα µας www.vitali.gr και ενηµερωθείτε για τα προγράµµατά µας. ιευθυντής Εκπαίδευσης ρ. Χόντας Στυλιανός ιδάκτωρ Μηχανικός ΕΜΠ Ηλεκτρολόγος Μηχανικός & Μηχανικός Η/Υ