Biz n o‘lchovli vektor tushunchalarini o‘rganib, vektorlar ustida amallar kiritganimizda, barcha n o‘lchovli vektorlar to‘plami chiziqli fazo hosil qilishini aniqladik. Ushbu maqolada biz bir-biriga bog'liq bo'lgan eng muhim tushunchalar - vektor fazosining o'lchami va asosi haqida gapiramiz. Ixtiyoriy vektorning bazisga kengayishi va n o'lchovli fazoning turli asoslari orasidagi bog'lanish teoremasini ham ko'rib chiqamiz. Keling, odatiy misollarning echimlarini batafsil ko'rib chiqaylik.

Sahifani navigatsiya qilish.

Vektor fazoning o'lchami va bazis tushunchasi.

Vektor fazosining o'lchami va asosi tushunchalari to'g'ridan-to'g'ri vektorlarning chiziqli mustaqil tizimi tushunchasi bilan bog'liq, shuning uchun agar kerak bo'lsa, vektorlar tizimining chiziqli bog'liqligi, chiziqli bog'liqlik va mustaqillik xususiyatlari maqolasiga murojaat qilishingizni tavsiya qilamiz. .

Ta'rif.

Vektor fazosining o'lchami bu fazodagi chiziqli mustaqil vektorlarning maksimal soniga teng son.

Ta'rif.

Vektor fazo asosi bu fazoning chiziqli mustaqil vektorlarining tartiblangan to'plami bo'lib, ularning soni fazoning o'lchamiga teng.

Keling, ushbu ta'riflarga asoslanib, ba'zi fikrlarni keltiramiz.

n o'lchovli vektorlar fazosini ko'rib chiqaylik.

Bu fazoning o'lchami n ekanligini ko'rsataylik.

Shaklning n birlik vektorlari sistemasini olaylik

Bu vektorlarni A matritsaning qatorlari sifatida olaylik. Bunday holda, A matritsa n dan n gacha bo'lgan o'lchovli identifikatsiya matritsasi bo'ladi. Ushbu matritsaning darajasi n (agar kerak bo'lsa, maqolaga qarang). Shuning uchun vektorlar sistemasi chiziqli mustaqil bo'lib, bu tizimga uning chiziqli mustaqilligini buzmasdan bitta vektor qo'shilmaydi. Tizimdagi vektorlar sonidan boshlab n ga teng, u holda n o'lchovli vektorlar fazosining o'lchami n, birlik vektorlari bu makonning asosi hisoblanadi.

Oxirgi bayonot va asosning ta'rifidan biz shunday xulosaga kelishimiz mumkin vektorlari soni n dan kichik bo'lgan har qanday n o'lchovli vektorlar tizimi asos bo'lmaydi..

Endi tizimning birinchi va ikkinchi vektorlarini almashtiramiz . Natijada vektorlar sistemasi ekanligini ko'rsatish oson n o'lchovli vektor fazoning asosi hamdir. Bu sistemaning vektorlarini uning qatorlari qilib matritsa tuzamiz. Ushbu matritsani birinchi va ikkinchi qatorlarni almashtirish orqali identifikatsiya matritsasidan olish mumkin, shuning uchun uning darajasi n bo'ladi. Shunday qilib, n vektorli sistema chiziqli mustaqil va n o'lchovli vektor fazoning asosi hisoblanadi.

Agar tizimning boshqa vektorlarini qayta joylashtirsak , keyin biz boshqa asosga ega bo'lamiz.

Agar birlik bo'lmagan vektorlarning chiziqli mustaqil sistemasini oladigan bo'lsak, u n o'lchovli vektor fazoning ham asosi hisoblanadi.

Shunday qilib, n o'lchovli vektor fazoda n n o'lchovli vektorlarning chiziqli mustaqil sistemalari qancha asoslar mavjud bo'lsa, shuncha asosga ega.

Agar ikki o'lchovli vektor fazosi (ya'ni tekislik haqida) haqida gapiradigan bo'lsak, uning asosini har qanday ikkita kollinear bo'lmagan vektor tashkil qiladi. Asos uch o'lchamli bo'shliq har qanday uchta koplanar bo'lmagan vektorlar.

Keling, bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik.

Misol.

Vektorlar uch o'lchovli vektor fazosining asosimi?

Yechim.

Keling, ushbu vektorlar tizimini chiziqli bog'liqlik uchun ko'rib chiqaylik. Buning uchun satrlari vektorlarning koordinatalari bo'ladigan matritsa yaratamiz va uning darajasini topamiz:


Shunday qilib, a, b va c vektorlari chiziqli mustaqil va ularning soni vektor fazoning o'lchamiga teng, shuning uchun ular bu fazoning asosi hisoblanadi.

Javob:

Ha ular.

Misol.

Vektorlar sistemasi vektor fazoning asosi bo'la oladimi?

Yechim.

Ushbu vektorlar tizimi chiziqli bog'liqdir, chunki chiziqli mustaqil uch o'lchovli vektorlarning maksimal soni uchtadir. Binobarin, bu vektorlar tizimi uch o'lchovli vektor fazosining asosi bo'la olmaydi (garchi vektorlarning dastlabki tizimining quyi tizimi asos bo'lsa ham).

Javob:

Yo'q, qila olmaydi.

Misol.

Vektorlarga ishonch hosil qiling

to'rt o'lchovli vektor fazoning asosi bo'lishi mumkin.

Yechim.

Keling, asl vektorlarni qator sifatida qabul qilib, matritsa yaratamiz:

Keling, topamiz:

Shunday qilib, a, b, c, d vektorlar tizimi chiziqli mustaqil va ularning soni vektor fazoning o'lchamiga teng, shuning uchun a, b, c, d uning asosidir.

Javob:

Asl vektorlar haqiqatan ham to'rt o'lchovli fazoning asosidir.

Misol.

Vektorlar 4 o'lchamli vektor fazosining asosini tashkil qiladimi?

Yechim.

Vektorlarning dastlabki tizimi chiziqli mustaqil bo'lsa ham, undagi vektorlar soni to'rt o'lchovli fazoning asosi bo'lishi uchun etarli emas (bunday fazoning asosi 4 vektordan iborat).

Javob:

Yo'q, unday emas.

Vektor fazosining asosiga ko'ra vektorning parchalanishi.

Ixtiyoriy vektorlar bo'lsin n o‘lchamli vektor fazoning asosi hisoblanadi. Agar ularga qandaydir n o‘lchamli x vektor qo‘shsak, natijada vektorlar sistemasi chiziqli bog‘liq bo‘ladi. Chiziqli bog'liqlikning xususiyatlaridan bilamizki, chiziqli bog'liq tizimning kamida bitta vektori boshqalar orqali chiziqli ravishda ifodalanadi. Boshqacha qilib aytganda, chiziqli bog'liq tizimning vektorlaridan kamida bittasi qolgan vektorlarga kengaytiriladi.

Bu bizni juda muhim teoremaga olib keladi.

Teorema.

n o'lchovli vektor fazoning istalgan vektori yagona yo'l asosiga ko'ra parchalanadi.

Isbot.

Mayli - n o'lchovli vektor fazoning asosi. Bu vektorlarga n o‘lchamli x vektor qo‘shamiz. Keyin hosil bo'lgan vektorlar tizimi chiziqli bog'liq bo'ladi va x vektorni vektorlar bilan chiziqli ravishda ifodalash mumkin. : , ba'zi raqamlar qayerda. X vektorining bazisga nisbatan kengayishini shu tarzda oldik. Bu parchalanish noyob ekanligini isbotlash uchun qoladi.

Faraz qilaylik, yana bir parchalanish bor, qaerda - ba'zi raqamlar. Oxirgi tenglikning chap va o'ng tomonlaridan mos ravishda tenglikning chap va o'ng tomonlarini ayiramiz:

Bazis vektorlar tizimidan boshlab chiziqli mustaqil bo'lsa, u holda vektorlar tizimining chiziqli mustaqilligi ta'rifi bilan, barcha koeffitsientlar nolga teng bo'lgandagina hosil bo'lgan tenglik mumkin bo'ladi. Shuning uchun, vektor parchalanishining bazisga nisbatan o'ziga xosligini isbotlovchi .

Ta'rif.

Koeffitsientlar deyiladi bazisdagi x vektorining koordinatalari .

Vektorning bazisga parchalanishi haqidagi teorema bilan tanishganimizdan so'ng, biz "bizga n o'lchovli vektor berilgan" iborasining mohiyatini tushunishni boshlaymiz. " Bu ifoda x n o'lchovli vektor fazoning vektorini ko'rib chiqayotganimizni bildiradi, uning koordinatalari qandaydir asosda ko'rsatilgan. Shu bilan birga, biz tushunamizki, n o'lchovli vektor fazoning boshqa asosidagi bir xil x vektor dan farqli koordinatalarga ega bo'ladi.

Keling, quyidagi muammoni ko'rib chiqaylik.

n o‘lchovli vektor fazoning qaysidir asosida n ta chiziqli mustaqil vektor sistemasi berilsin

va vektor . Keyin vektorlar bu vektor fazoning asosi hamdir.

Bazisdagi x vektorning koordinatalarini topishimiz kerak . Bu koordinatalarni quyidagicha belgilaymiz .

Vektor x asosda fikr bor. Bu tenglikni koordinata shaklida yozamiz:

Bu tenglik n chiziqli sistemaga ekvivalentdir algebraik tenglamalar n ta noma'lum o'zgaruvchilar bilan :

Ushbu tizimning asosiy matritsasi shaklga ega

Uni A harfi bilan belgilaymiz. A matritsa ustunlari chiziqli mustaqil vektorlar sistemasi vektorlarini ifodalaydi , shuning uchun bu matritsaning darajasi n, shuning uchun uning determinanti nolga teng emas. Bu fakt tenglamalar sistemasi har qanday usul bilan topilishi mumkin bo'lgan yagona yechimga ega ekanligini ko'rsatadi, masalan, yoki.

Shu tarzda kerakli koordinatalar topiladi vektor x asosda .

Keling, misollar yordamida nazariyani ko'rib chiqaylik.

Misol.

Uch o'lchovli vektor fazosining ba'zi bir asoslarida vektorlar

Vektorlar sistemasi ham shu fazoning asosi ekanligiga ishonch hosil qiling va shu asosda x vektorning koordinatalarini toping.

Yechim.

Vektorlar sistemasi uch o'lchovli vektor fazoning asosi bo'lishi uchun u chiziqli mustaqil bo'lishi kerak. Buni satrlari vektor bo'lgan A matritsaning martabasini aniqlash orqali bilib olaylik. Gauss usuli yordamida darajani topamiz


shuning uchun Rank(A) = 3, bu vektorlar tizimining chiziqli mustaqilligini ko'rsatadi.

Demak, vektorlar asosdir. Bu asosda x vektorining koordinatalari bo'lsin. Keyin, yuqorida ko'rsatganimizdek, bu vektorning koordinatalari orasidagi bog'liqlik tenglamalar tizimi orqali beriladi

Shartdan ma'lum qiymatlarni unga almashtirib, biz olamiz

Keling, buni Kramer usuli yordamida hal qilaylik:

Shunday qilib, bazisdagi x vektori koordinatalarga ega .

Javob:

Misol.

Qaysidir asosda to'rt o'lchovli vektor fazosining chiziqli mustaqil vektorlar tizimi berilgan

Ma'lumki . Bazisdagi x vektorning koordinatalarini toping .

Yechim.

Vektorlar tizimidan boshlab shartga ko'ra chiziqli mustaqil bo'lsa, u to'rt o'lchovli fazoning asosidir. Keyin tenglik bazisdagi vektor x ekanligini bildiradi koordinatalariga ega. Bazisdagi x vektorning koordinatalarini belgilaymiz Qanaqasiga .

Bazalardagi x vektorning koordinatalari orasidagi munosabatni aniqlovchi tenglamalar tizimi Va kabi ko'rinadi

Biz uni almashtiramiz ma'lum qiymatlar va kerakli koordinatalarni toping:

Javob:

.

Bazalar orasidagi munosabat.

Ikki chiziqli mustaqil vektorlar sistemasi n o'lchovli vektor fazoning qandaydir asosida berilgan bo'lsin

Va

ya'ni ular bu makonning asoslari hamdir.

Agar - bazisdagi vektorning koordinatalari , keyin koordinatali aloqa Va chiziqli tenglamalar tizimi bilan berilgan (bu haqda oldingi paragrafda gaplashgan edik):

, bu matritsa shaklida yozilishi mumkin

Xuddi shunday vektor uchun ham yozishimiz mumkin

Oldingi matritsa tengliklarini bittasiga birlashtirish mumkin, bu asosan ikki xil bazaning vektorlari o'rtasidagi munosabatni belgilaydi.

Xuddi shunday, biz barcha bazis vektorlarni ifodalashimiz mumkin asos orqali :

Ta'rif.

Matritsa chaqirdi bazisdan o'tish matritsasi bazaga , u holda tenglik to'g'ri bo'ladi

Bu tenglikning ikkala tomonini o'ngdan ko'paytirish

olamiz

Keling, o'tish matritsasini topamiz, lekin biz teskari matritsani topish va matritsalarni ko'paytirish haqida batafsil to'xtalmaymiz (agar kerak bo'lsa, maqolalarga qarang):

Berilgan asoslarda x vektorining koordinatalari orasidagi bog'lanishni aniqlash qoladi.

U holda x vektorining bazisdagi koordinatalari bo'lsin

va asosda x vektor koordinatalariga ega bo'ladi, keyin

Oxirgi ikkita tenglikning chap tomonlari bir xil bo'lgani uchun biz o'ng tomonlarini tenglashtirishimiz mumkin:

Agar o'ng tomondagi ikkala tomonni ko'paytirsak

keyin olamiz


Boshqa tomondan

(teskari matritsani o'zingiz toping).
Oxirgi ikkita tenglik bizga x vektorining koordinatalari va asoslaridagi kerakli munosabatni beradi.

Javob:

Bazisdan asosga o'tish matritsasi shaklga ega
;
X vektorining koordinatalari asoslarda va munosabatlar orqali bog'langan

yoki
.

Biz vektor fazoning o'lchami va asosi tushunchalarini ko'rib chiqdik, vektorni bazisga ajratishni o'rgandik va o'tish matritsasi orqali n o'lchovli vektor fazoning turli asoslari o'rtasidagi bog'liqlikni aniqladik.

Bazisga kiritilmagan vektorlar va vektorlar tizimining asosini toping, ularni bazis bo'yicha kengaytiring:

A 1 = {5, 2, -3, 1}, A 2 = {4, 1, -2, 3}, A 3 = {1, 1, -1, -2}, A 4 = {3, 4, -1, 2}, A 5 = {13, 8, -7, 4}.

Yechim. Chiziqli tenglamalarning bir jinsli tizimini ko'rib chiqaylik

A 1 X 1 + A 2 X 2 + A 3 X 3 + A 4 X 4 + A 5 X 5 = 0

yoki kengaytirilgan shaklda .

Biz ushbu tizimni Gauss usuli bilan satr va ustunlarni almashtirmasdan, shuningdek, asosiy elementni yuqori chap burchakda emas, balki butun qator bo'ylab tanlaymiz. Muammo shundaki o'zgartirilgan vektorlar tizimining diagonal qismini tanlang.

~ ~

~ ~ ~ .

Ruxsat etilgan vektorlar tizimi asl nusxaga ekvivalent shaklga ega

A 1 1 X 1 + A 2 1 X 2 + A 3 1 X 3 + A 4 1 X 4 + A 5 1 X 5 = 0 ,

Qayerda A 1 1 = , A 2 1 = , A 3 1 = , A 4 1 = , A 5 1 = . (1)

Vektorlar A 1 1 , A 3 1 , A 4 1 diagonal tizim hosil qiladi. Shuning uchun vektorlar A 1 , A 3 , A 4 vektor tizimining asosini tashkil qiladi A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 .

Keling, vektorlarni kengaytiramiz A 2 Va A 5 asosida A 1 , A 3 , A 4 . Buning uchun avvalo mos vektorlarni kengaytiramiz A 2 1 Va A 5 1 diagonal tizim A 1 1 , A 3 1 , A 4 1, vektorning diagonal tizim bo'ylab kengayish koeffitsientlari uning koordinatalari ekanligini hisobga olgan holda x i.

(1) dan bizda:

A 2 1 = A 3 1 · (-1) + A 4 1 0 + A 1 1 ·1 => A 2 1 = A 1 1 – A 3 1 .

A 5 1 = A 3 1 0 + A 4 1 1 + A 1 1 ·2 => A 5 1 = 2A 1 1 + A 4 1 .

Vektorlar A 2 Va A 5 tasi asosda kengaytirilgan A 1 , A 3 , A 4 vektorlar bilan bir xil koeffitsientlarga ega A 2 1 Va A 5 1 diagonal tizim A 1 1 , A 3 1 , A 4 1 (bu koeffitsientlar x i). Demak,

A 2 = A 1 – A 3 , A 5 = 2A 1 + A 4 .

Vazifalar. 1.Bazisga kirmagan vektorlar va vektorlar sistemasining asosini toping, ularni bazisga qarab kengaytiring:

1. a 1 = { 1, 2, 1 }, a 2 = { 2, 1, 3 }, a 3 = { 1, 5, 0 }, a 4 = { 2, -2, 4 }.

2. a 1 = { 1, 1, 2 }, a 2 = { 0, 1, 2 }, a 3 = { 2, 1, -4 }, a 4 = { 1, 1, 0 }.

3. a 1 = { 1, -2, 3 }, a 2 = { 0, 1, -1 }, a 3 = { 1, 3, 0 }, a 4 = { 0, -7, 3 }, a 5 = { 1, 1, 1 }.

4. a 1 = { 1, 2, -2 }, a 2 = { 0, -1, 4 }, a 3 = { 2, -3, 3 }.

2. Vektor sistemaning barcha asoslarini toping:

1. a 1 = { 1, 1, 2 }, a 2 = { 3, 1, 2 }, a 3 = { 1, 2, 1 }, a 4 = { 2, 1, 2 }.

2. a 1 = { 1, 1, 1 }, a 2 = { -3, -5, 5 }, a 3 = { 3, 4, -1 }, a 4 = { 1, -1, 4 }.

N-o'lchovli vektorlar haqidagi maqolada biz kontseptsiyaga keldik chiziqli fazo, n o'lchovli vektorlar to'plami tomonidan yaratilgan. Endi biz bir xil darajada muhim tushunchalarni, masalan, vektor fazosining o'lchami va asosini ko'rib chiqishimiz kerak. Ular vektorlarning chiziqli mustaqil tizimi kontseptsiyasi bilan bevosita bog'liq, shuning uchun qo'shimcha ravishda ushbu mavzuning asoslarini eslatib turish tavsiya etiladi.

Keling, ba'zi ta'riflar bilan tanishaylik.

Ta'rif 1

Vektor fazosining o'lchami– bu fazodagi chiziqli mustaqil vektorlarning maksimal soniga mos keladigan raqam.

Ta'rif 2

Vektor fazo asosi– tartiblangan va soni bo‘yicha fazo o‘lchamiga teng chiziqli mustaqil vektorlar to‘plami.

n -vektorlarning ma'lum bir fazosini ko'rib chiqaylik. Uning o'lchami mos ravishda n ga teng. N-birlikli vektorlar sistemasini olaylik:

e (1) = (1, 0, ... 0) e (2) = (0, 1, .., 0) e (n) = (0, 0, .. , 1)

Biz bu vektorlardan A matritsasining komponentlari sifatida foydalanamiz: u n dan n o'lchamli birlik matritsa bo'ladi. Ushbu matritsaning darajasi n. Demak, vektor sistemasi e (1) , e (2) , . . . , e(n) chiziqli mustaqil. Bunday holda, tizimga uning chiziqli mustaqilligini buzmasdan bitta vektor qo'shish mumkin emas.

Tizimdagi vektorlar soni n bo'lgani uchun n o'lchovli vektorlar fazosining o'lchami n, birlik vektorlari esa e (1), e (2), . . . , e (n) ko'rsatilgan bo'shliqning asosidir.

Olingan ta'rifdan xulosa qilishimiz mumkin: vektorlari soni n dan kichik bo'lgan har qanday n o'lchovli vektorlar tizimi fazoning asosi emas.

Agar birinchi va ikkinchi vektorlarni almashtirsak, e (2) , e (1) , vektorlar sistemasini olamiz. . . , e (n) . Shuningdek, u n o'lchovli vektor fazoning asosi bo'ladi. Olingan sistemaning vektorlarini uning qatorlari sifatida qabul qilib, matritsa tuzamiz. Matritsani identifikatsiya matritsasidan dastlabki ikki qatorni almashtirish orqali olish mumkin, uning darajasi n bo'ladi. Tizim e (2) , e (1) , . . . , e(n) chiziqli mustaqil va n o‘lchamli vektor fazoning asosi hisoblanadi.

Dastlabki tizimdagi boshqa vektorlarni qayta tartibga solish orqali biz boshqa asosga ega bo'lamiz.

Biz birlik bo'lmagan vektorlarning chiziqli mustaqil tizimini olishimiz mumkin va u n o'lchovli vektor fazosining asosini ham ifodalaydi.

Ta'rif 3

n o'lchamli vektor fazoda n sonining n o'lchovli vektorlarining chiziqli mustaqil tizimlari mavjud bo'lganidek ko'p asoslar mavjud.

Samolyot ikki o'lchovli fazodir - uning asosini har qanday ikkita kollinear bo'lmagan vektor tashkil qiladi. Uch o'lchovli fazoning asosi har qanday uchta tekis bo'lmagan vektor bo'ladi.

Keling, ushbu nazariyaning qo'llanilishini aniq misollar yordamida ko'rib chiqaylik.

1-misol

Dastlabki ma'lumotlar: vektorlar

a = (3 , - 2 , 1) b = (2 , 1 , 2) c = (3 , - 1 , - 2)

Belgilangan vektorlar uch o'lchovli vektor fazosining asosi ekanligini aniqlash kerak.

Yechim

Muammoni hal qilish uchun chiziqli bog'liqlik uchun berilgan vektorlar tizimini o'rganamiz. Keling, matritsa yarataylik, bu erda qatorlar vektorlarning koordinatalari. Matritsaning darajasini aniqlaymiz.

A = 3 2 3 - 2 1 - 1 1 2 - 2 A = 3 - 2 1 2 1 2 3 - 1 - 2 = 3 1 (- 2) + (- 2) 2 3 + 1 2 · (- 1) - 1 · 1 · 3 - (- 2) · 2 · (- 2) - 3 · 2 · (- 1) = = - 25 ≠ 0 ⇒ R a n k (A) = 3

Binobarin, masalaning sharti bilan belgilangan vektorlar chiziqli mustaqil bo’lib, ularning soni vektor fazoning o’lchamiga teng – ular vektor fazoning asosi hisoblanadi.

Javob: ko'rsatilgan vektorlar vektor fazosining asosi hisoblanadi.

2-misol

Dastlabki ma'lumotlar: vektorlar

a = (3, - 2, 1) b = (2, 1, 2) c = (3, - 1, - 2) d = (0, 1, 2)

Belgilangan vektorlar tizimi uch o'lchovli fazoning asosi bo'lishi mumkinligini aniqlash kerak.

Yechim

Masala bayonida ko'rsatilgan vektorlar sistemasi chiziqli bog'liq, chunki chiziqli mustaqil vektorlarning maksimal soni 3. Shunday qilib, ko'rsatilgan vektorlar tizimi uch o'lchovli vektor fazosi uchun asos bo'lib xizmat qila olmaydi. Lekin shuni ta'kidlash joizki, dastlabki tizimning quyi tizimi a = (3, - 2, 1), b = (2, 1, 2), c = (3, - 1, - 2) asosdir.

Javob: ko'rsatilgan vektorlar tizimi asos emas.

3-misol

Dastlabki ma'lumotlar: vektorlar

a = (1, 2, 3, 3) b = (2, 5, 6, 8) c = (1, 3, 2, 4) d = (2, 5, 4, 7)

Ular to'rt o'lchovli makonning asosi bo'la oladimi?

Yechim

Berilgan vektorlarning koordinatalarini qator sifatida ishlatib, matritsa tuzamiz

A = 1 2 3 3 2 5 6 8 1 3 2 4 2 5 4 7

Gauss usulidan foydalanib, biz matritsaning darajasini aniqlaymiz:

A = 1 2 3 3 2 5 6 8 1 3 2 4 2 5 4 7 ~ 1 2 3 3 0 1 0 2 0 1 - 1 1 0 1 - 2 1 ~ ~ 1 2 3 3 0 1 0 2 0 0 - 1 - 1 0 0 - 2 - 1 ~ 1 2 3 3 0 1 0 2 0 0 - 1 - 1 0 0 0 1 ⇒ ⇒ R a n k (A) = 4

Binobarin, berilgan vektorlar tizimi chiziqli mustaqil va ularning soni vektor fazoning o'lchamiga teng - ular to'rt o'lchovli vektor fazoning asosi hisoblanadi.

Javob: berilgan vektorlar to'rt o'lchovli fazoning asosidir.

4-misol

Dastlabki ma'lumotlar: vektorlar

a (1) = (1 , 2 , - 1 , - 2) a (2) = (0 , 2 , 1 , - 3) a (3) = (1 , 0 , 0 , 5)

Ular 4 o'lchamli bo'shliqning asosini tashkil qiladimi?

Yechim

Vektorlarning dastlabki tizimi chiziqli mustaqildir, lekin undagi vektorlar soni to'rt o'lchovli fazoning asosi bo'lish uchun etarli emas.

Javob: yo'q, ular yo'q.

Vektorning bazisga parchalanishi

Faraz qilaylik, ixtiyoriy vektorlar e (1) , e (2) , . . . , e (n) n o‘lchamli vektor fazoning asosi hisoblanadi. Ularga ma'lum bir n o'lchovli vektor x → qo'shamiz: natijada vektorlar tizimi chiziqli bog'liq bo'ladi. Chiziqli bog'liqlikning xossalari shuni ko'rsatadiki, bunday tizimning vektorlaridan kamida bittasi boshqalar orqali chiziqli tarzda ifodalanishi mumkin. Ushbu bayonotni qayta shakllantirgan holda, chiziqli bog'liq tizimning vektorlaridan kamida bittasini qolgan vektorlarga kengaytirish mumkinligini aytishimiz mumkin.

Shunday qilib, biz eng muhim teoremani shakllantirishga keldik:

Ta'rif 4

n-o'lchovli vektor fazoning har qanday vektori yagona bazisga ajralishi mumkin.

Dalil 1

Bu teoremani isbotlaylik:

n o'lchovli vektor fazoning asosini o'rnatamiz - e (1) , e (2) , . . . , e (n) . Unga n o'lchovli x → vektorini qo'shish orqali tizimni chiziqli bog'liq qilaylik. Bu vektorni dastlabki vektorlar bilan chiziqli ravishda ifodalash mumkin e:

x = x 1 · e (1) + x 2 · e (2) + . . . + x n · e (n) , bu erda x 1 , x 2 , . . . , x n - ba'zi raqamlar.

Endi biz bunday parchalanishning yagona ekanligini isbotlaymiz. Aytaylik, bunday emas va shunga o'xshash yana bir parchalanish mavjud:

x = x ~ 1 e (1) + x 2 ~ e (2) + . . . + x ~ n e (n) , bu erda x ~ 1 , x ~ 2 , . . . , x ~ n - ba'zi raqamlar.

Bu tenglikning chap va o'ng tomonlaridan mos ravishda tenglikning chap va o'ng tomonlarini ayirib chiqamiz x = x 1 · e (1) + x 2 · e (2) + . . . + x n · e (n) . Biz olamiz:

0 = (x ~ 1 - x 1) · e (1) + (x ~ 2 - x 2) · e (2) + . . . (x ~ n - x n) e (2)

Bazis vektorlar tizimi e (1) , e (2) , . . . , e(n) chiziqli mustaqil; vektorlar tizimining chiziqli mustaqilligi ta'rifiga ko'ra, yuqoridagi tenglik faqat barcha koeffitsientlar (x ~ 1 - x 1) , (x ~ 2 - x 2) , bo'lganda mumkin bo'ladi. . . , (x ~ n - x n) nolga teng bo'ladi. Undan adolatli bo'ladi: x 1 = x ~ 1, x 2 = x ~ 2, . . . , x n = x ~ n. Va bu vektorni asosga ajratishning yagona variantini isbotlaydi.

Bunday holda, koeffitsientlar x 1, x 2, . . . , x n e (1) , e (2) , asosdagi x → vektorining koordinatalari deyiladi. . . , e (n) .

Tasdiqlangan nazariya "n-o'lchovli vektor x = (x 1, x 2, .., x n) berilgan" ifodasini aniq ko'rsatib beradi: vektor x → n o'lchovli vektor fazosi ko'rib chiqiladi va uning koordinatalari a da ko'rsatilgan. muayyan asos. Bundan tashqari, n o'lchovli fazoning boshqa asosidagi bir xil vektor turli koordinatalarga ega bo'lishi aniq.

Quyidagi misolni ko'rib chiqaylik: n o'lchovli vektor fazoning qaysidir asosida n ta chiziqli mustaqil vektorlar sistemasi berilgan bo'lsin.

hamda x = (x 1, x 2, .., x n) vektori ham berilgan.

Vektorlar e 1 (1) , e 2 (2) , . . . , e n (n) bu holda ham ushbu vektor fazoning asosi hisoblanadi.

Faraz qilaylik, e 1 (1) , e 2 (2) , asosda x → vektorining koordinatalarini aniqlash zarur. . . , e n (n) , x ~ 1, x ~ 2, sifatida belgilanadi. . . , x ~ n.

Vektor x → quyidagicha ifodalanadi:

x = x ~ 1 e (1) + x ~ 2 e (2) + . . . + x ~ n e (n)

Bu ifodani koordinata shaklida yozamiz:

(x 1, x 2, .., x n) = x ~ 1 (e (1) 1, e (1) 2, .., e (1) n) + x ~ 2 (e (2) 1 , e (2) 2 , . . ., e (2) n) + . . . + + x ~ n · (e (n) 1 , e (n) 2 , . . , e (n) n) = = (x ~ 1 e 1 (1) + x ~ 2 e 1 (2) + ... + x ~ n e 1 (n) , x ~ 1 e 2 (1) + x ~ 2 e 2 (2) + + .. + x ~ n e 2 (n) , . . , x ~ 1 e n (1) + x ~ 2 e n (2) + ... + x ~ n e n (n))

Olingan tenglik n ta noma’lum chiziqli o‘zgaruvchisi x ~ 1, x ~ 2, bo‘lgan n ta chiziqli algebraik ifodalar tizimiga ekvivalentdir. . . , x ~ n:

x 1 = x ~ 1 e 1 1 + x ~ 2 e 1 2 +. . . + x ~ n e 1 n x 2 = x ~ 1 e 2 1 + x ~ 2 e 2 2 +. . . + x ~ n e 2 n ⋮ x n = x ~ 1 e n 1 + x ~ 2 e n 2 +. . . + x ~ n e n n

Ushbu tizimning matritsasi quyidagi shaklga ega bo'ladi:

e 1 (1) e 1 (2) ⋯ e 1 (n) e 2 (1) e 2 (2) ⋯ e 2 (n) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e n (1) e n (2) ⋯ e n (n)

Bu A matritsa bo'lsin va uning ustunlari e 1 (1), e 2 (2), vektorlarning chiziqli mustaqil sistemasi vektorlari bo'lsin. . . , e n (n) . Matritsaning darajasi n, determinanti esa nolga teng emas. Bu tenglamalar sistemasi har qanday qulay usul bilan aniqlangan yagona yechimga ega ekanligini ko'rsatadi: masalan, Kramer usuli yoki matritsa usuli. Shu tarzda x ~ 1, x ~ 2, koordinatalarini aniqlashimiz mumkin. . . , x ~ n vektor x → asosda e 1 (1) , e 2 (2) , . . . , e n (n) .

Keling, ko'rib chiqilgan nazariyani aniq bir misolga tatbiq qilaylik.

6-misol

Dastlabki ma'lumotlar: vektorlar uch o'lchovli fazoda ko'rsatilgan

e (1) = (1 , - 1 , 1) e (2) = (3 , 2 , - 5) e (3) = (2 , 1 , - 3) x = (6 , 2 , - 7)

e (1), e (2), e (3) vektorlar sistemasi ham berilgan fazoning asosi bo’lib xizmat qilishini tasdiqlash, shuningdek, berilgan asosda x vektor koordinatalarini aniqlash zarur.

Yechim

e (1), e (2), e (3) vektorlar tizimi chiziqli mustaqil bo'lsa, uch o'lchovli fazoning asosi bo'ladi. Satrlari berilgan e (1), e (2), e (3) vektorlari bo'lgan A matritsaning rankini aniqlab, bu imkoniyatni aniqlaymiz.

Biz Gauss usulidan foydalanamiz:

A = 1 - 1 1 3 2 - 5 2 1 - 3 ~ 1 - 1 1 0 5 - 8 0 3 - 5 ~ 1 - 1 1 0 5 - 8 0 0 - 1 5

R a n k (A) = 3. Demak, e (1), e (2), e (3) vektorlar sistemasi chiziqli mustaqil va bazis hisoblanadi.

X → vektor bazisda x ~ 1, x ~ 2, x ~ 3 koordinatalariga ega bo'lsin. Ushbu koordinatalar orasidagi bog'liqlik tenglama bilan aniqlanadi:

x 1 = x ~ 1 e 1 (1) + x ~ 2 e 1 (2) + x ~ 3 e 1 (3) x 2 = x ~ 1 e 2 (1) + x ~ 2 e 2 (2) + x ~ 3 e 2 (3) x 3 = x ~ 1 e 3 (1) + x ~ 2 e 3 (2) + x ~ 3 e 3 (3)

Muammoning shartlariga ko'ra qiymatlarni qo'llaymiz:

x ~ 1 + 3 x ~ 2 + 2 x ~ 3 = 6 - x ~ 1 + 2 x ~ 2 + x ~ 3 = 2 x ~ 1 - 5 x ~ 2 - 3 x 3 = - 7

Tenglamalar tizimini Kramer usuli yordamida yechamiz:

∆ = 1 3 2 - 1 2 1 1 - 5 - 3 = - 1 ∆ x ~ 1 = 6 3 2 2 2 1 - 7 - 5 - 3 = - 1 , x ~ 1 = ∆ x ~ 1 ∆ = - 1 - 1 = 1 ∆ x ~ 2 = 1 6 2 - 1 2 1 1 - 7 - 3 = - 1 , x ~ 2 = ∆ x ~ 2 ∆ = - 1 - 1 = 1 ∆ x ~ 3 = 1 3 6 - 1 2 2 1 - 5 - 7 = - 1 , x ~ 3 = ∆ x ~ 3 ∆ = - 1 - 1 = 1

Shunday qilib, e (1), e (2), e (3) bazisdagi x → vektori x ~ 1 = 1, x ~ 2 = 1, x ~ 3 = 1 koordinatalariga ega.

Javob: x = (1 , 1 , 1)

Bazalar orasidagi munosabat

Faraz qilaylik, n o'lchovli vektor fazoning qaysidir asosida ikkita chiziqli mustaqil vektorlar tizimi berilgan:

c (1) = (c 1 (1) , c 2 (1) , . . , c n (1)) c (2) = (c 1 (2) , c 2 (2) , . . , c n (2)) ⋮ c (n) = (c 1 (n) , e 2 (n) , . . , c n (n))

e (1) = (e 1 (1) , e 2 (1) , . . , e n (1)) e (2) = (e 1 (2) , e 2 (2) , . . , e n (2)) ⋮ e (n) = (e 1 (n) , e 2 (n) , . . , e n (n))

Bu tizimlar ham berilgan makonning asoslari hisoblanadi.

c ~ 1 (1) , c ~ 2 (1) , bo'lsin. . . , c ~ n (1) - e (1) , e (2) , asosdagi c (1) vektorining koordinatalari. . . , e (3) bo'lsa, u holda koordinata munosabatlari chiziqli tenglamalar tizimi bilan beriladi:

c 1 (1) = c ~ 1 (1) e 1 (1) + c ~ 2 (1) e 1 (2) + . . . + c ~ n (1) e 1 (n) c 2 (1) = c ~ 1 (1) e 2 (1) + c ~ 2 (1) e 2 (2) + . . . + c ~ n (1) e 2 (n) ⋮ c n (1) = c ~ 1 (1) e n (1) + c ~ 2 (1) e n (2) + . . . + c ~ n (1) e n (n)

Tizimni matritsa sifatida quyidagicha ifodalash mumkin:

(c 1 (1) , c 2 (1) , . . , c n (1)) = (c ~ 1 (1) , c ~ 2 (1) , . . , c ~ n (1)) e 1 (1) e 2 (1) … e n (1) e 1 (2) e 2 (2) … e n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e 1 (n) e 2 (n) … e n (n)

Analogiya bo'yicha c (2) vektoriga xuddi shunday yozuvni kiritamiz:

(c 1 (2) , c 2 (2) , . . , c n (2)) = (c ~ 1 (2) , c ~ 2 (2) , . . , c ~ n (2)) e 1 (1) e 2 (1) … e n (1) e 1 (2) e 2 (2) … e n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e 1 (n) e 2 (n) … e n (n)

(c 1 (n) , c 2 (n) , . . , c n (n)) = (c ~ 1 (n) , c ~ 2 (n) , . . , c ~ n (n)) e 1 (1) e 2 (1) … e n (1) e 1 (2) e 2 (2) … e n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e 1 (n) e 2 (n) … e n (n)

Matritsa tengliklarini bitta ifodaga birlashtiramiz:

c 1 (1) c 2 (1) ⋯ c n (1) c 1 (2) c 2 (2) ⋯ c n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c 1 (n) c 2 (n) ⋯ c n (n) = c ~ 1 (1) c ~ 2 (1) ⋯ c ~ n (1) c ~ 1 (2) c ~ 2 (2) ⋯ c ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c ~ 1 (n) c ~ 2 (n) ⋯ c ~ n (n) e 1 (1) e 2 (1) ⋯ e n (1) e 1 (2) e 2 (2) ⋯ e n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e 1 (n ) e 2 (n) ⋯ e n (n)

U ikki xil asos vektorlari orasidagi bog'lanishni aniqlaydi.

Xuddi shu tamoyildan foydalanib, barcha bazis vektorlarni e(1), e(2), ni ifodalash mumkin. . . , e (3) asosi orqali c (1) , c (2) , . . . , c (n):

e 1 (1) e 2 (1) ⋯ e n (1) e 1 (2) e 2 (2) ⋯ e n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e 1 (n) e 2 (n) ⋯ e n (n) = e ~ 1 (1) e ~ 2 (1) ⋯ e ~ n (1) e ~ 1 (2) e ~ 2 (2) ⋯ e ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e ~ 1 (n) e ~ 2 (n) ⋯ e ~ n (n) c 1 (1) c 2 (1) ⋯ c n (1) c 1 (2) c 2 (2) ⋯ c n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c 1 (n ) c 2 (n) ⋯ c n (n)

Keling, quyidagi ta'riflarni beraylik:

Ta'rif 5

Matritsa c ~ 1 (1) c ~ 2 (1) ⋯ c ~ n (1) c ~ 1 (2) c ~ 2 (2) ⋯ c ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c ~ 1 (n) c ~ 2 (n) ⋯ c ~ n (n) - e (1) , e (2) , asoslaridan o'tish matritsasi. . . , e (3)

asosiga c (1) , c (2) , . . . , c (n) .

Ta'rif 6

Matritsa e ~ 1 (1) e ~ 2 (1) ⋯ e ~ n (1) e ~ 1 (2) e ~ 2 (2) ⋯ e ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e ~ 1 (n) e ~ 2 (n) ⋯ e ~ n (n) - c (1) , c (2) , asoslaridan o'tish matritsasi. . . , c(n)

asosiga e (1) , e (2) , . . . , e (3) .

Bu tengliklardan ko'rinib turibdiki

c ~ 1 (1) c ~ 2 (1) ⋯ c ~ n (1) c ~ 1 (2) c ~ 2 (2) ⋯ c ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c ~ 1 (n) c ~ 2 (n) ⋯ c ~ n (n) e ~ 1 (1) e ~ 2 (1) ⋯ e ~ n (1) e ~ 1 (2) e ~ 2 (2) ⋯ e ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e ~ 1 (n) e ~ 2 (n) ⋯ e ~ n (n) = 1 0 ⋯ 0 0 1 ⋯ 0 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 0 0 ⋯ 1 e ~ 1 (1) e ~ 2 (1) ) ⋯ e ~ n (1) e ~ 1 (2) e ~ 2 (2) ⋯ e ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ e ~ 1 (n) e ~ 2 (n) ⋯ e ~ n (n ) · c ~ 1 (1) c ~ 2 (1) ⋯ c ~ n (1) c ~ 1 (2) c ~ 2 (2) ⋯ c ~ n (2) ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ c ~ 1 (n) c ~ 2 (n) ⋯ c ~ n (n) = 1 0 ⋯ 0 0 1 ⋯ 0 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 0 0 ⋯ 1

bular. o'tish matritsalari o'zaro.

Keling, aniq misol yordamida nazariyani ko'rib chiqaylik.

7-misol

Dastlabki ma'lumotlar: bazisdan o'tish matritsasini topish kerak

c (1) = (1 , 2 , 1) c (2) = (2 , 3 , 3) ​​c (3) = (3 , 7 , 1)

e (1) = (3 , 1 , 4) e (2) = (5 , 2 , 1) e (3) = (1 , 1 , - 6)

Shuningdek, berilgan asoslarda ixtiyoriy x → vektorining koordinatalari orasidagi munosabatni ko'rsatish kerak.

Yechim

1. T o‘tish matritsasi bo‘lsin, u holda tenglik to‘g‘ri bo‘ladi:

3 1 4 5 2 1 1 1 1 = T 1 2 1 2 3 3 3 7 1

Tenglikning ikkala tomonini ko'paytiring

1 2 1 2 3 3 3 7 1 - 1

va biz olamiz:

T = 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6 1 2 1 2 3 3 3 7 1 - 1

2. O‘tish matritsasini aniqlang:

T = 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6 · 1 2 1 2 3 3 3 7 1 - 1 = = 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6 · - 18 5 3 7 - 2 - 1 5 - 1 - 1 = - 27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8

3. X → vektorining koordinatalari orasidagi munosabatni aniqlaymiz:

Faraz qilaylik, asosda c (1) , c (2) , . . . , c (n) vektor x → koordinatalari x 1 , x 2 , x 3 ga ega, keyin:

x = (x 1 , x 2 , x 3) 1 2 1 2 3 3 3 7 1 ,

va asosda e (1) , e (2) , . . . , e (3) x ~ 1, x ~ 2, x ~ 3 koordinatalariga ega, keyin:

x = (x ~ 1, x ~ 2, x ~ 3) 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6

Chunki Agar bu tengliklarning chap tomonlari teng bo'lsa, o'ng tomonlarini ham tenglashtirishimiz mumkin:

(x 1 , x 2 , x 3) · 1 2 1 2 3 3 3 7 1 = (x ~ 1 , x ~ 2 , x ~ 3) · 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6

O'ngdagi ikkala tomonni ko'paytiring

1 2 1 2 3 3 3 7 1 - 1

va biz olamiz:

(x 1 , x 2 , x 3) = (x ~ 1 , x ~ 2 , x ~ 3) · 3 1 4 5 2 1 1 1 - 6 · 1 2 1 2 3 3 3 7 1 - 1 ⇔ ⇔ ( x 1 , x 2 , x 3) = (x ~ 1 , x ~ 2 , x ~ 3) T ⇔ ⇔ (x 1 , x 2 , x 3) = (x ~ 1 , x ~ 2 , x ~ 3 ) · - 27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8

Boshqa tomondan

(x ~ 1, x ~ 2, x ~ 3) = (x 1, x 2, x 3) · - 27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8

Oxirgi tengliklar ikkala bazisdagi x → vektorining koordinatalari orasidagi munosabatni ko'rsatadi.

Javob: o'tish matritsasi

27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8

Berilgan asoslardagi x → vektorining koordinatalari quyidagi munosabat bilan bog‘lanadi:

(x 1 , x 2 , x 3) = (x ~ 1 , x ~ 2 , x ~ 3) · - 27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8

(x ~ 1, x ~ 2, x ~ 3) = (x 1, x 2, x 3) · - 27 9 4 - 71 20 12 - 41 9 8 - 1

Agar siz matnda xatolikni sezsangiz, uni belgilang va Ctrl+Enter tugmalarini bosing

8-misol

Vektorlar berilgan. Vektorlar uch o‘lchamli fazoda asos tashkil etishini ko‘rsating va shu asosda vektorning koordinatalarini toping.

Yechim: Birinchidan, shart bilan shug'ullanamiz. Shartga ko'ra, to'rtta vektor berilgan va siz ko'rib turganingizdek, ular allaqachon biron bir asosda koordinatalarga ega. Bu asos nima ekanligi bizni qiziqtirmaydi. Va quyidagi narsa qiziq: uchta vektor yangi asos bo'lishi mumkin. Va birinchi bosqich 6-misolning yechimiga to'liq mos keladi; vektorlarning haqiqatan ham chiziqli mustaqilligini tekshirish kerak:

Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz:

, ya'ni vektorlar chiziqli mustaqil bo'lib, uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qiladi.

! Muhim: vektor koordinatalari Majburiy yozib qo'ying ustunlarga determinant, satrlarda emas. Aks holda, keyingi yechim algoritmida chalkashlik bo'ladi.

Endi eslaylik nazariy qismi: agar vektorlar bazis tashkil etsa, u holda har qanday vektorni bu asosga yagona yo'l bilan kengaytirish mumkin: , bu erda vektorning bazisdagi koordinatalari.

Bizning vektorlarimiz uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qilganligi sababli (bu allaqachon tasdiqlangan), vektor shu asosda noyob tarzda kengaytirilishi mumkin:
, bazisdagi vektorning koordinatalari qayerda.

Shartga ko'ra va koordinatalarini topish talab qilinadi.

Tushuntirish qulayligi uchun men qismlarni almashtiraman: . Uni topish uchun siz ushbu tenglikni koordinata bo'yicha yozishingiz kerak:

Koeffitsientlar qanday asosda belgilanadi? Chap tomondagi barcha koeffitsientlar aniq determinantdan ko'chiriladi , V o'ng tomon vektorning koordinatalari yoziladi.

Natijada uchta noma'lumli uchta chiziqli tenglamalar tizimi. Odatda u tomonidan hal qilinadi Kramer formulalari, ko'pincha muammo bayonida ham shunday talab mavjud.

Tizimning asosiy determinanti allaqachon topilgan:
, ya'ni tizim noyob yechimga ega.

Quyidagi narsa texnika masalasidir:

Shunday qilib:
– vektorning bazisga muvofiq parchalanishi.

Javob:

Yuqorida aytib o'tganimdek, muammo tabiatda algebraikdir. Ko'rib chiqilgan vektorlar fazoda chizilishi mumkin bo'lgan vektorlar emas, balki, birinchi navbatda, chiziqli algebra kursining mavhum vektorlari. Ikki o'lchovli vektorlar uchun shunga o'xshash muammoni shakllantirish va hal qilish mumkin, yechim ancha sodda bo'ladi. Biroq, amalda men hech qachon bunday vazifaga duch kelmaganman, shuning uchun men uni oldingi bo'limda o'tkazib yubordim.

Mustaqil hal qilish uchun uch o'lchovli vektorlar bilan bir xil muammo:

9-misol

Vektorlar berilgan. Vektorlar bazis tashkil qilishini ko'rsating va shu asosda vektorning koordinatalarini toping. Kramer usuli yordamida chiziqli tenglamalar tizimini yeching.

To'liq yechim va dars oxirida yakuniy loyihaning taxminiy namunasi.

Xuddi shunday, biz to'rt o'lchovli, besh o'lchovli va hokazolarni ko'rib chiqishimiz mumkin. vektorlar mos ravishda 4, 5 yoki undan ortiq koordinatalarga ega bo'lgan vektor bo'shliqlari. Bu vektor fazolar uchun chiziqli bog'liqlik, vektorlarning chiziqli mustaqilligi tushunchalari ham mavjud, bazis, jumladan ortonormal bazis, vektorning bazisga nisbatan kengayishi mavjud. Ha, bunday bo'shliqlarni geometrik tarzda chizish mumkin emas, lekin ularda ikki va uch o'lchovli holatlarning barcha qoidalari, xossalari va teoremalari ishlaydi - sof algebra. Aslida, oh falsafiy masalalar Men allaqachon maqolada gapirishga vasvasaga tushdim Uch o‘zgaruvchili funksiyaning qisman hosilalari, bu darsdan oldin paydo bo'lgan.

Vektorlarni seving va vektorlar sizni yaxshi ko'radi!

Yechimlar va javoblar:

2-misol: Yechim: vektorlarning mos keladigan koordinatalaridan proporsiya tuzamiz:

Javob: da

4-misol: Isbot: Trapesiya To'rtburchak to'rtburchak deyiladi, uning ikki tomoni parallel, qolgan ikki tomoni parallel emas.
1) Qarama-qarshi tomonlarning parallelligini tekshiramiz va .
Vektorlarni topamiz:


, ya'ni bu vektorlar kollinear emas va tomonlar parallel emas.
2) Qarama-qarshi tomonlarning parallelligini tekshiring va .
Vektorlarni topamiz:

Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz:
, bu vektorlar kollinear ekanligini bildiradi va .
Xulosa: To'rtburchakning ikki tomoni parallel, ammo qolgan ikki tomoni parallel emas, ya'ni ta'rifi bo'yicha u trapezoiddir. Q.E.D.

5-misol: Yechim:
b) vektorlarning mos keladigan koordinatalari uchun proporsionallik koeffitsienti mavjudligini tekshiramiz:

Tizimda yechim yo'q, ya'ni vektorlar kollinear emas.
Oddiyroq dizayn:
– ikkinchi va uchinchi koordinatalar proportsional emas, ya’ni vektorlar kollinear emas.
Javob: vektorlar kollinear emas.
v) vektorlarni kollinearlik uchun tekshiramiz . Keling, tizim yarataylik:

Vektorlarning mos keladigan koordinatalari proportsionaldir, bu degani
Bu erda "foppish" dizayn usuli muvaffaqiyatsizlikka uchraydi.
Javob:

6-misol: Yechim: b) Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz (birinchi qatorda determinant ochiladi):

, ya'ni vektorlar chiziqli bog'liq va uch o'lchovli fazoning asosini tashkil etmaydi.
Javob : bu vektorlar asos hosil qilmaydi

9-misol: Yechim: Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz:


Shunday qilib, vektorlar chiziqli mustaqil va asosni tashkil qiladi.
Vektorni shaklda ifodalaymiz chiziqli birikma asosiy vektorlar:

Koordinatali:

Tizimni Kramer formulalari yordamida yechamiz:
, ya'ni tizim noyob yechimga ega.

Javob:Vektorlar asosni tashkil qiladi,

Sirtqi talabalar uchun oliy matematika va boshqalar >>>

(Asosiy sahifaga o'tish)

Vektor san'ati vektorlar.
Vektorlarning aralash mahsuloti

Ushbu darsda vektorlar bilan yana ikkita operatsiyani ko'rib chiqamiz: vektorlarning vektor mahsuloti Va aralash ish vektorlar. Yaxshi, ba'zida shunday bo'ladi, bundan tashqari, to'liq baxt uchun vektorlarning skalyar mahsuloti, ko'proq va ko'proq talab qilinadi. Bu vektorga qaramlik. Biz yovvoyi tabiatga kirib borayotgandek tuyulishi mumkin analitik geometriya. Bu unday emas. Oliy matematikaning ushbu bo'limida odatda ozgina yog'och mavjud, ehtimol Pinokkio uchun etarli. Darhaqiqat, material juda keng tarqalgan va oddiy - bir xildan ko'ra murakkabroq skalyar mahsulot, hatto kamroq odatiy vazifalar bo'ladi. Analitik geometriyadagi asosiy narsa, ko'pchilik amin bo'lgan yoki allaqachon ishonch hosil qilganidek, hisob-kitoblarda xato QILMASHdir. Sehr kabi takrorlang va baxtli bo'lasiz =)

Agar vektorlar ufqdagi chaqmoq kabi uzoq joyda porlasa, bu muhim emas, darsdan boshlang Dummies uchun vektorlar vektorlar haqidagi asosiy bilimlarni tiklash yoki qayta egallash. Ko'proq tayyor o'quvchilar ma'lumotlar bilan tanlab tanishishlari mumkin, men imkon qadar ko'proq to'plashga harakat qildim to'liq to'plam tez-tez uchraydigan misollar amaliy ish

Sizni darhol nima xursand qiladi? Kichkinaligimda ikkita yoki hatto uchta to'pni jonglyor qila olardim. Bu yaxshi natija berdi. Endi siz umuman jonglyor qilishingiz shart emas, chunki biz ko'rib chiqamiz faqat fazoviy vektorlar, va ikkita koordinatali yassi vektorlar qoldiriladi. Nega? Bu harakatlar shunday tug'ildi - vektorlarning vektorlari va aralash mahsuloti aniqlanadi va uch o'lchovli fazoda ishlaydi. Bu allaqachon osonroq!

Vektorlarning chiziqli bog'liqligi va chiziqli mustaqilligi.
Vektorlar asoslari. Affin koordinata tizimi

Auditoriyada shokoladli arava bor va bugun har bir tashrif buyuruvchi shirin juftlik – chiziqli algebra bilan analitik geometriyani oladi. Ushbu maqola bir vaqtning o'zida oliy matematikaning ikkita bo'limiga to'xtalib o'tadi va biz ular bir o'ramda qanday birga mavjudligini ko'rib chiqamiz. Tanaffus qiling, Twix yeying! ...Jin ursin, qanaqa safsata. Garchi, yaxshi, men gol urmayman, oxir-oqibat, siz o'qishga ijobiy munosabatda bo'lishingiz kerak.

Vektorlarning chiziqli bog'liqligi, chiziqli vektor mustaqilligi, vektorlar asosi va boshqa atamalar nafaqat geometrik talqinga, balki, birinchi navbatda, algebraik ma'noga ega. Chiziqli algebra nuqtai nazaridan "vektor" tushunchasi har doim ham biz tekislikda yoki kosmosda tasvirlashimiz mumkin bo'lgan "oddiy" vektor emas. Dalil izlashning hojati yo'q, besh o'lchovli fazoning vektorini chizishga harakat qiling . Yoki Gismeteoga borgan ob-havo vektori: – harorat va Atmosfera bosimi mos ravishda. Misol, albatta, vektor fazosining xususiyatlari nuqtai nazaridan noto'g'ri, ammo shunga qaramay, hech kim bu parametrlarni vektor sifatida rasmiylashtirishni taqiqlamaydi. Kuz nafasi...

Yo'q, men sizni nazariya, chiziqli vektor bo'shliqlari bilan zeriktirmoqchi emasman, vazifa shu tushunish ta'riflar va teoremalar. Yangi atamalar (chiziqli bog'liqlik, mustaqillik, chiziqli birikma, bazis va boshqalar) algebraik nuqtai nazardan barcha vektorlarga tegishli, ammo geometrik misollar keltiriladi. Shunday qilib, hamma narsa sodda, tushunarli va tushunarli. Analitik geometriya muammolaridan tashqari biz ba'zilarini ham ko'rib chiqamiz tipik vazifalar algebra Materialni o'zlashtirish uchun darslar bilan tanishish tavsiya etiladi Dummies uchun vektorlar Va Determinantni qanday hisoblash mumkin?

Tekis vektorlarning chiziqli bog'liqligi va mustaqilligi.
Tekislik asosi va afin koordinatalar tizimi

Keling, kompyuter stolining tekisligini ko'rib chiqaylik (shunchaki stol, choyshab, pol, ship, sizga yoqadigan narsa). Vazifa quyidagi harakatlardan iborat bo'ladi:

1) Samolyot asosini tanlang. Taxminan aytganda, stol usti uzunligi va kengligiga ega, shuning uchun asosni qurish uchun ikkita vektor kerak bo'lishi intuitivdir. Bitta vektor etarli emas, uchta vektor juda ko'p.

2) Tanlangan asosga asoslanadi koordinatalar tizimini o'rnatish(koordinatalar panjarasi) jadvaldagi barcha ob'ektlarga koordinatalarni belgilash uchun.

Hayron bo'lmang, dastlab tushuntirishlar barmoqlarda bo'ladi. Bundan tashqari, sizniki. Iltimos, joylashtiring chap ko'rsatkich barmog'i stol usti chetida, shunda u monitorga qaraydi. Bu vektor bo'ladi. Endi joy kichik barmoq o'ng qo'l stolning chetida xuddi shu tarzda - monitor ekraniga yo'naltirilgan bo'lishi uchun. Bu vektor bo'ladi. Tabassum qiling, siz ajoyib ko'rinasiz! Vektorlar haqida nima deyishimiz mumkin? Ma'lumotlar vektorlari kollinear, bu degani chiziqli bir-biri orqali ifodalanadi:
, yaxshi yoki aksincha: , bu yerda qandaydir son noldan farq qiladi.

Ushbu harakatning rasmini sinfda ko'rishingiz mumkin. Dummies uchun vektorlar, bu erda vektorni songa ko'paytirish qoidasini tushuntirdim.

Barmoqlaringiz kompyuter stolining tekisligiga asos soladimi? Shubhasiz. Kollinear vektorlar bo'ylab oldinga va orqaga harakatlanadi yolg'iz yo'nalish va tekislikning uzunligi va kengligi bor.

Bunday vektorlar deyiladi chiziqli bog'liq.

Malumot: "Chiziqli", "chiziqli" so'zlari haqiqatni bildiradi matematik tenglamalar, ifodalarda kvadratlar, kublar, boshqa darajalar, logarifmlar, sinuslar va boshqalar mavjud emas. Faqat chiziqli (1-darajali) ifodalar va bog'liqliklar mavjud.

Ikki tekis vektor chiziqli bog'liq agar ular kollinear bo'lsa.

Barmoqlaringizni stol ustida kesib o'ting, shunda ular o'rtasida 0 yoki 180 darajadan boshqa burchak bo'lsin. Ikki tekis vektorchiziqli Yo'q bog'liq bo'ladi, agar ular o'zaro bog'liq bo'lmasa. Shunday qilib, asos olinadi. Asos turli uzunlikdagi perpendikulyar bo'lmagan vektorlar bilan "qiyshiq" bo'lib chiqqanidan xijolat bo'lishning hojati yo'q. Tez orada biz uni qurish uchun nafaqat 90 graduslik burchak, balki teng uzunlikdagi birlik vektorlari ham mos kelishini ko'ramiz.

Har qanday tekislik vektori yagona yo'l asosida kengaytiriladi:
, haqiqiy sonlar qayerda. Raqamlar chaqiriladi vektor koordinatalari shu asosda.

Bu ham aytiladi vektorsifatida taqdim etilgan chiziqli birikma bazis vektorlari. Ya'ni, ifoda deyiladi vektor parchalanishiasosida yoki chiziqli birikma bazis vektorlari.

Masalan, vektor tekislikning ortonormal asosi bo'ylab parchalanadi yoki vektorlarning chiziqli birikmasi sifatida ifodalanadi, deyishimiz mumkin.

Keling, shakllantiramiz asosning ta'rifi rasmiy ravishda: Samolyotning asosi chiziqli mustaqil (kollinear bo'lmagan) vektorlar juftligi deyiladi, , unda har qanday tekislik vektori bazis vektorlarining chiziqli birikmasidir.

Ta'rifning muhim nuqtasi - vektorlarning olinishi ma'lum bir tartibda. Bazalar - bu ikkita butunlay boshqa asoslar! Ular aytganidek, o'ng qo'lning kichik barmog'i o'rniga chap qo'lning kichik barmog'ini almashtira olmaysiz.

Biz asosni aniqladik, lekin koordinatalar panjarasini o'rnatish va kompyuter stolidagi har bir elementga koordinatalarni belgilash etarli emas. Nega bu etarli emas? Vektorlar erkin va butun tekislikda aylanib yuradi. Xo'sh, qanday qilib yovvoyi dam olish kunlaridan qolgan stoldagi kichik iflos joylarga koordinatalarni belgilash mumkin? Boshlanish nuqtasi kerak. Va bunday diqqatga sazovor joy hamma uchun tanish nuqta - koordinatalarning kelib chiqishi. Keling, koordinatalar tizimini tushunamiz:

Men “maktab” tizimidan boshlayman. Kirish darsida allaqachon Dummies uchun vektorlar Men to'rtburchaklar koordinatalar tizimi va ortonormal asos o'rtasidagi ba'zi farqlarni ta'kidladim. Mana standart rasm:

Ular haqida gapirganda to'rtburchaklar koordinatalar tizimi, keyin ko'pincha ular kelib chiqishi, koordinata o'qlari va o'qlar bo'ylab masshtabni anglatadi. Qidiruv tizimiga “to‘rtburchaklar koordinatalar tizimi” so‘zini yozib ko‘ring va ko‘p manbalar sizga 5-6-sinfdan tanish bo‘lgan koordinata o‘qlari va nuqtalarni tekislikda qanday chizish haqida ma’lumot berishini ko‘rasiz.

Boshqa tomondan, to'rtburchaklar koordinatalar tizimini ortonormal asos nuqtai nazaridan to'liq aniqlash mumkin ko'rinadi. Va bu deyarli to'g'ri. Matn quyidagicha:

kelib chiqishi, Va ortonormal asos belgilanadi Dekart to'rtburchaklar tekislik koordinatalari tizimi . Ya'ni to'rtburchaklar koordinatalar tizimi albatta bitta nuqta va ikkita birlik ortogonal vektor bilan aniqlanadi. Shuning uchun siz yuqorida men bergan rasmni ko'rasiz - ichida geometrik masalalar Ko'pincha (lekin har doim emas) ikkala vektor va koordinata o'qlari chiziladi.

Menimcha, hamma nuqta (kelib chiqishi) va ortonormal asosdan foydalanishni tushunadi Samolyotdagi HAR QANDAY NOKTA va samolyotdagi HAR QANDAY VEKTOR koordinatalarini belgilash mumkin. Majoziy ma'noda aytganda, "samolyotdagi hamma narsani raqamlash mumkin".

Koordinata vektorlari birlik bo'lishi kerakmi? Yo'q, ular o'zboshimchalik bilan nolga teng bo'lmagan uzunlikka ega bo'lishi mumkin. Nolga teng bo'lmagan ixtiyoriy uzunlikdagi nuqta va ikkita ortogonal vektorni ko'rib chiqing:

Bunday asos deyiladi ortogonal. Vektorlar bilan koordinatalarning kelib chiqishi koordinata panjarasi bilan belgilanadi va tekislikning istalgan nuqtasi, har qanday vektor berilgan asosda o'z koordinatalariga ega. Masalan, yoki. Aniq noqulaylik shundaki, koordinata vektorlari V umumiy holat birlikdan tashqari turli uzunliklarga ega. Agar uzunliklar birlikka teng bo'lsa, u holda odatiy ortonormal asos olinadi.

! Eslatma : ortogonal asosda, shuningdek pastda tekislik va fazoning affin asoslarida o'qlar bo'ylab birliklar ko'rib chiqiladi. SHARTLI. Misol uchun, x o'qi bo'ylab bir birlik 4 sm, ordinata o'qi bo'ylab bitta birlik 2 sm ni o'z ichiga oladi.Bu ma'lumot, agar kerak bo'lsa, "nostandart" koordinatalarni "odatiy santimetrlarimiz" ga aylantirish uchun etarli.

Va aslida allaqachon javob berilgan ikkinchi savol, asosiy vektorlar orasidagi burchak 90 darajaga teng bo'lishi kerakmi? Yo'q! Ta'rifda aytilganidek, asosiy vektorlar bo'lishi kerak faqat kollinear emas. Shunga ko'ra, burchak 0 va 180 darajadan tashqari har qanday narsa bo'lishi mumkin.

Samolyotdagi nuqta chaqirildi kelib chiqishi, Va kollinear bo'lmagan vektorlar, , oʻrnating afin tekislik koordinata tizimi :

Ba'zan bunday koordinatalar tizimi deyiladi qiyshiq tizimi. Misol sifatida, chizma nuqtalar va vektorlarni ko'rsatadi:

Siz tushunganingizdek, affin koordinatalar tizimi bundan ham qulay emas, biz darsning ikkinchi qismida muhokama qilgan vektorlar va segmentlarning uzunliklari formulalari unda ishlamaydi. Dummies uchun vektorlar, bilan bog'liq ko'plab mazali formulalar vektorlarning skalyar mahsuloti. Ammo vektorlarni qo'shish va vektorni raqamga ko'paytirish qoidalari, ushbu munosabatda segmentni bo'lish formulalari, shuningdek, biz yaqinda ko'rib chiqadigan boshqa muammolar turlari haqiqiydir.

Xulosa shuki, affin koordinatalar sistemasining eng qulay maxsus holati Dekart to'rtburchaklar sistemasidir. Shuning uchun siz uni tez-tez ko'rishingiz kerak, azizim. ...Ammo, bu hayotda hamma narsa nisbiy - qiyshiq burchak (yoki boshqasi, masalan, qutbli) koordinatalar tizimi. Va gumanoidlar bunday tizimlarni yoqtirishi mumkin =)

Keling, amaliy qismga o'tamiz. Ushbu darsdagi barcha masalalar to'rtburchaklar koordinatalar tizimi uchun ham, umumiy affin holati uchun ham amal qiladi. Bu erda hech qanday murakkab narsa yo'q, barcha materiallar hatto maktab o'quvchisi uchun ham mavjud.

Tekis vektorlarning kollinearligini qanday aniqlash mumkin?

Oddiy narsa. Ikki tekis vektor uchun kollinear edi, ularning mos keladigan koordinatalari proportsional bo'lishi zarur va etarli Asosan, bu aniq munosabatlarning koordinatali koordinatali tafsilotidir.

1-misol

a) vektorlarning kollinear ekanligini tekshiring .
b) Vektorlar asosni tashkil qiladimi? ?

Yechim:
a) vektorlar mavjudligini aniqlaylik mutanosiblik koeffitsienti, shundayki tengliklar qondiriladi:

Men sizga, albatta, amalda juda yaxshi ishlaydigan ushbu qoidani qo'llashning "axloqsiz" versiyasi haqida gapirib beraman. G'oya darhol proportsiyani tuzish va uning to'g'riligini tekshirishdir:

Vektorlarning mos keladigan koordinatalarining nisbatlaridan proporsiya tuzamiz:

Keling, qisqartiramiz:
, shuning uchun mos keladigan koordinatalar proportsionaldir, shuning uchun

O'zaro munosabatlar boshqa yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin; bu ekvivalent variant:

O'z-o'zini sinab ko'rish uchun siz bu faktdan foydalanishingiz mumkin kollinear vektorlar bir-biri orqali chiziqli ifodalangan. Bunday holda, tenglik sodir bo'ladi . Ularning haqiqiyligini vektorlar bilan elementar operatsiyalar orqali osongina tekshirish mumkin:

b) Ikki tekis vektor, agar ular kollinear (chiziqli mustaqil) bo'lmasa, bazis hosil qiladi. Biz vektorlarni kollinearlik uchun tekshiramiz . Keling, tizim yarataylik:

Birinchi tenglamadan kelib chiqadiki , ikkinchi tenglamadan shunday degani kelib chiqadi tizim mos kelmaydi(echimlar yo'q). Shunday qilib, vektorlarning mos keladigan koordinatalari proportsional emas.

Xulosa: vektorlar chiziqli mustaqil va asosni tashkil qiladi.

Yechimning soddalashtirilgan versiyasi quyidagicha ko'rinadi:

Vektorlarning mos keladigan koordinatalaridan proporsiya yasaymiz :
, ya'ni bu vektorlar chiziqli mustaqil va asosni tashkil qiladi.

Odatda bu variant sharhlovchilar tomonidan rad etilmaydi, lekin ba'zi koordinatalar nolga teng bo'lgan hollarda muammo paydo bo'ladi. Mana bunday: . Yoki shunday: . Yoki shunday: . Bu erda qanday qilib mutanosiblik bilan ishlash mumkin? (haqiqatan ham, siz nolga bo'linmaysiz). Shuning uchun men soddalashtirilgan yechimni "foppish" deb atadim.

Javob: a) , b) shakl.

O'zingizning yechimingiz uchun kichik ijodiy misol:

2-misol

Parametrning qaysi qiymatida vektorlar ular o'zaro bog'liq bo'ladimi?

Namuna eritmasida parametr nisbat orqali topiladi.

Vektorlarni kollinearlikni tekshirishning nafis algebraik usuli mavjud.Keling, bilimlarimizni tizimlashtirib, uni beshinchi nuqta sifatida qo‘shamiz:

Ikki tekis vektor uchun quyidagi bayonotlar ekvivalentdir:

2) vektorlar asosni tashkil qiladi;
3) vektorlar kollinear emas;

+ 5) bu vektorlarning koordinatalaridan tuzilgan determinant nolga teng.

Mos ravishda, quyidagi qarama-qarshi gaplar ekvivalentdir:
1) vektorlar chiziqli bog'liq;
2) vektorlar asos hosil qilmaydi;
3) vektorlar kollinear;
4) vektorlar bir-biri orqali chiziqli ifodalanishi mumkin;
+ 5) bu vektorlarning koordinatalaridan tuzilgan determinant nolga teng.

Men, albatta, umid qilaman bu daqiqa siz duch kelgan barcha shartlar va bayonotlarni allaqachon tushunasiz.

Keling, yangi, beshinchi nuqtani batafsil ko'rib chiqaylik: ikkita tekis vektor Agar berilgan vektorlarning koordinatalaridan tashkil topgan determinant nolga teng bo'lsa, ular kollinear bo'ladi.:. Bu xususiyatni qo'llash uchun, albatta, qobiliyatga ega bo'lishingiz kerak determinantlarni toping.

Keling, qaror qilaylik Ikkinchi usulda 1-misol:

a) vektorlar koordinatalaridan tuzilgan determinantni hisoblaymiz :
, bu vektorlar kollinear ekanligini bildiradi.

b) Ikki tekis vektor, agar ular kollinear (chiziqli mustaqil) bo'lmasa, bazis hosil qiladi. Vektor koordinatalaridan tuzilgan determinantni hisoblaymiz :
, ya'ni vektorlar chiziqli mustaqil va asosni tashkil qiladi.

Javob: a) , b) shakl.

Bu proportsional yechimga qaraganda ancha ixcham va chiroyli ko'rinadi.

Ko'rib chiqilgan material yordamida faqat vektorlarning kollinearligini o'rnatish, balki segmentlar va to'g'ri chiziqlar parallelligini isbotlash mumkin. Keling, aniq geometrik shakllar bilan bir nechta muammolarni ko'rib chiqaylik.

3-misol

To'rtburchakning uchlari berilgan. To'rtburchak parallelogramm ekanligini isbotlang.

Isbot: Muammoda chizma yaratishning hojati yo'q, chunki yechim faqat analitik bo'ladi. Keling, parallelogramma ta'rifini eslaylik:
Paralelogramma Qarama-qarshi tomonlari juft bo'lib parallel bo'lgan to'rtburchak deyiladi.

Shunday qilib, isbotlash kerak:
1) qarama-qarshi tomonlarning parallelligi va;
2) qarama-qarshi tomonlarning parallelligi va.

Biz isbotlaymiz:

1) vektorlarni toping:

2) vektorlarni toping:

Natijada bir xil vektor ("maktab bo'yicha" - teng vektorlar). Kollinearlik juda aniq, ammo qarorni tartibga solish bilan aniq rasmiylashtirish yaxshiroqdir. Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz:
, bu vektorlar kollinear ekanligini bildiradi va .

Xulosa: To'rtburchakning qarama-qarshi tomonlari juft bo'lib parallel, ya'ni ta'rifi bo'yicha parallelogramma. Q.E.D.

Yana yaxshi va turli raqamlar:

4-misol

To'rtburchakning uchlari berilgan. To'rtburchak trapesiya ekanligini isbotlang.

Dalilni yanada qat'iy shakllantirish uchun, albatta, trapezoidning ta'rifini olish yaxshiroqdir, lekin uning qanday ko'rinishini eslab qolish kifoya.

Bu siz o'zingiz hal qilishingiz kerak bo'lgan vazifadir. Dars oxirida to'liq yechim.

Va endi asta-sekin samolyotdan kosmosga o'tish vaqti keldi:

Kosmik vektorlarning kollinearligini qanday aniqlash mumkin?

Qoida juda o'xshash. Ikki fazo vektori kollinear boʻlishi uchun ularning mos koordinatalari proportsional boʻlishi zarur va yetarlidir..

5-misol

Quyidagi fazo vektorlari kollinear ekanligini aniqlang:

A) ;
b)
V)

Yechim:
a) vektorlarning tegishli koordinatalari uchun proporsionallik koeffitsienti mavjudligini tekshiramiz:

Tizimda yechim yo'q, ya'ni vektorlar kollinear emas.

"Soddalashtirilgan" nisbatni tekshirish orqali rasmiylashtiriladi. Ushbu holatda:
- mos keladigan koordinatalar proportsional emas, ya'ni vektorlar kollinear emas.

Javob: vektorlar kollinear emas.

b-c) Bular mustaqil qaror qabul qilish nuqtalari. Buni ikki usulda sinab ko'ring.

Uchinchi tartibli determinant orqali fazoviy vektorlarni kollinearlikni tekshirish usuli mavjud; bu usul maqolada yoritilgan. Vektorlarning vektor mahsuloti.

Samolyot holatiga o'xshab, ko'rib chiqilgan asboblar fazoviy segmentlar va to'g'ri chiziqlarning parallelligini o'rganish uchun ishlatilishi mumkin.

Ikkinchi bo'limga xush kelibsiz:

Uch o'lchovli fazoda vektorlarning chiziqli bog'liqligi va mustaqilligi.
Fazoviy asos va affin koordinatalar tizimi

Samolyotda biz ko'rib chiqqan ko'plab naqshlar kosmos uchun amal qiladi. Men nazariy eslatmalarni minimallashtirishga harakat qildim, chunki ma'lumotlarning asosiy ulushi allaqachon chaynalgan. Biroq, kirish qismini diqqat bilan o'qib chiqishingizni tavsiya qilaman, chunki yangi atamalar va tushunchalar paydo bo'ladi.

Endi kompyuter stolining tekisligi o'rniga biz uch o'lchamli fazoni o'rganamiz. Birinchidan, uning asosini yarataylik. Kimdir hozir uyda, kimdir tashqarida, lekin har qanday holatda biz uchta o'lchovdan qochib qutula olmaymiz: kenglik, uzunlik va balandlik. Shuning uchun, asosni qurish uchun uchta fazoviy vektor kerak bo'ladi. Bir yoki ikkita vektor etarli emas, to'rtinchisi ortiqcha.

Va yana barmoqlarimizga isinamiz. Iltimos, qo'lingizni yuqoriga ko'taring va uni yoying turli tomonlar bosh barmog'i, ko'rsatkich va o'rta barmoq. Bu vektorlar bo'ladi, ular turli yo'nalishlarga qaraydilar, turli uzunliklarga ega va o'zaro turli burchaklarga ega. Tabriklaymiz, uch o'lchamli makonning asosi tayyor! Aytgancha, buni o'qituvchilarga ko'rsatishning hojati yo'q, barmoqlaringizni qanchalik burishingizdan qat'i nazar, lekin ta'riflardan qutulib bo'lmaydi =)

Keyin o'zimizga muhim savol beraylik: har qanday uchta vektor uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qiladimi?? Iltimos, uchta barmog'ingizni kompyuter stolining yuqori qismiga mahkam bosing. Nima sodir bo `LDI? Uch vektor bir xil tekislikda joylashgan va, taxminan, biz o'lchamlardan birini - balandlikni yo'qotdik. Bunday vektorlar o'xshash va, ko'rinib turibdiki, uch o'lchovli makonning asosi yaratilmagan.

Shuni ta'kidlash kerakki, koplanar vektorlar bir tekislikda yotishi shart emas, ular bir tekisda bo'lishi mumkin. parallel tekisliklar(Faqat barmoqlaringiz bilan buni qilmang, faqat Salvador Dali bu tarzda tortdi =)).

Ta'rif: vektorlar deyiladi o'xshash, agar ular parallel bo'lgan tekislik mavjud bo'lsa. Bu erda shuni qo'shish mantiqan to'g'riki, agar bunday tekislik mavjud bo'lmasa, vektorlar koplanar bo'lmaydi.

Uchta koplanar vektor har doim chiziqli bog'liqdir, ya'ni ular bir-biri orqali chiziqli tarzda ifodalanadi. Oddiylik uchun, keling, ular bir tekislikda yotishlarini yana bir bor tasavvur qilaylik. Birinchidan, vektorlar faqat koplanar emas, ular kollinear ham bo'lishi mumkin, keyin har qanday vektor har qanday vektor orqali ifodalanishi mumkin. Ikkinchi holda, masalan, vektorlar kollinear bo'lmasa, uchinchi vektor ular orqali o'ziga xos tarzda ifodalanadi: (va nima uchun oldingi bo'limdagi materiallardan taxmin qilish oson).

Qarama-qarshilik ham to'g'ri: uchta koplanar bo'lmagan vektor har doim chiziqli mustaqildir, ya'ni ular hech qanday tarzda bir-biri orqali ifodalanmaydi. Va, shubhasiz, faqat bunday vektorlar uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qilishi mumkin.

Ta'rif: Uch o'lchovli fazoning asosi chiziqli mustaqil (komplanar bo'lmagan) vektorlarning uch karrali deb ataladi, ma'lum bir tartibda olinadi, va fazoning istalgan vektori yagona yo'l berilgan asosda parchalanadi, bu asosda vektorning koordinatalari bu erda

Eslatib o'taman, vektor ko'rinishda ifodalangan deb ham aytishimiz mumkin chiziqli birikma bazis vektorlari.

Koordinatalar tizimi tushunchasi xuddi tekis holatdagi kabi kiritilgan; bitta nuqta va har qanday uchta chiziqli mustaqil vektor etarli:

kelib chiqishi, Va tekis bo'lmagan vektorlar, ma'lum bir tartibda olinadi, oʻrnating uch o'lchovli fazoning affin koordinata tizimi :

Albatta, koordinatalar tarmog'i "qiyshiq" va noqulay, ammo baribir qurilgan koordinatalar tizimi bizga imkon beradi albatta har qanday vektorning koordinatalarini va fazodagi istalgan nuqtaning koordinatalarini aniqlang. Bir tekislikka o'xshab, men aytib o'tgan ba'zi formulalar fazoning affin koordinata tizimida ishlamaydi.

Affin koordinatalar tizimining eng tanish va qulay maxsus holati, hamma taxmin qilganidek to'rtburchaklar fazo koordinatalari tizimi:

Kosmosdagi nuqta deyiladi kelib chiqishi, Va ortonormal asos belgilanadi Dekart to'rtburchaklar fazo koordinatalari tizimi . Tanish rasm:

Amaliy vazifalarga o'tishdan oldin, keling, yana ma'lumotlarni tizimlashtiramiz:

Uch fazo vektori uchun quyidagi bayonotlar ekvivalentdir:
1) vektorlar chiziqli mustaqil;
2) vektorlar asosni tashkil qiladi;
3) vektorlar koplanar emas;
4) vektorlarni bir-biri orqali chiziqli ifodalash mumkin emas;
5) bu vektorlarning koordinatalaridan tuzilgan determinant noldan farq qiladi.

Menimcha, qarama-qarshi bayonotlar tushunarli.

Fazoviy vektorlarning chiziqli bog'liqligi/mustaqilligi an'anaviy tarzda determinant yordamida tekshiriladi (5-band). Qolgan amaliy vazifalar aniq algebraik xususiyatga ega bo'ladi. Geometriya tayoqchasini osib, chiziqli algebraning beysbol tayoqchasini ishlatish vaqti keldi:

Kosmosning uchta vektori Agar berilgan vektorlarning koordinatalaridan tashkil topgan determinant nolga teng bo'lsa, ular koplanar hisoblanadi: .

Men sizning e'tiboringizni kichik texnik nuancega qaratmoqchiman: vektorlarning koordinatalarini nafaqat ustunlar, balki satrlarda ham yozish mumkin (shuning uchun determinantning qiymati o'zgarmaydi - determinantlarning xususiyatlariga qarang). Ammo ustunlarda bu ancha yaxshi, chunki u ba'zi amaliy muammolarni hal qilish uchun foydaliroqdir.

Determinantlarni hisoblash usullarini biroz unutgan yoki ular haqida umuman tushunmaydigan o'quvchilar uchun men eng qadimgi darslarimdan birini tavsiya qilaman: Determinantni qanday hisoblash mumkin?

6-misol

Quyidagi vektorlar uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qiladimi yoki yo'qligini tekshiring:

Yechim: Aslida, butun yechim determinantni hisoblashdan iborat.

a) Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz (birinchi satrda determinant ochiladi):

, ya'ni vektorlar chiziqli mustaqil (komplanar emas) va uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qiladi.

Javob: bu vektorlar asosni tashkil qiladi

b) Bu mustaqil qaror qabul qilish nuqtasi. To'liq yechim va javob dars oxirida.

Shuningdek, ijodiy vazifalar mavjud:

7-misol

Parametrning qaysi qiymatida vektorlar koplanar bo'ladi?

Yechim: Vektorlar koordinatali bo'ladi, agar ushbu vektorlarning koordinatalaridan tashkil topgan determinant nolga teng bo'lsa:

Asosan, determinant bilan tenglamani echishingiz kerak. Biz jerboasdagi uçurtmalar kabi nolga tushamiz - ikkinchi qatordagi determinantni ochib, darhol kamchiliklardan xalos bo'lish yaxshidir:

Biz qo'shimcha soddalashtirishlarni amalga oshiramiz va masalani eng oddiy holga keltiramiz chiziqli tenglama:

Javob: da

Bu yerda tekshirish oson; buning uchun siz olingan qiymatni asl determinantga almashtirishingiz va , yana oching.

Xulosa qilib, keling, yana bir narsani ko'rib chiqaylik tipik vazifa, bu ko'proq algebraik xususiyatga ega va an'anaviy ravishda chiziqli algebra kursiga kiritilgan. Bu shunchalik keng tarqalganki, u o'z mavzusiga loyiqdir:

Uch o‘lchamli fazoning asosini 3 vektor tashkil etishini isbotlang
va shu asosda 4-vektorning koordinatalarini toping

8-misol

Vektorlar berilgan. Vektorlar uch o‘lchamli fazoda asos tashkil etishini ko‘rsating va shu asosda vektorning koordinatalarini toping.

Yechim: Birinchidan, shart bilan shug'ullanamiz. Shartga ko'ra, to'rtta vektor berilgan va siz ko'rib turganingizdek, ular allaqachon biron bir asosda koordinatalarga ega. Bu asos nima ekanligi bizni qiziqtirmaydi. Va quyidagi narsa qiziq: uchta vektor yangi asos bo'lishi mumkin. Va birinchi bosqich 6-misolning yechimiga to'liq mos keladi; vektorlarning haqiqatan ham chiziqli mustaqilligini tekshirish kerak:

Vektor koordinatalaridan tashkil topgan determinantni hisoblaymiz:

, ya'ni vektorlar chiziqli mustaqil bo'lib, uch o'lchovli fazoning asosini tashkil qiladi.

! Muhim : vektor koordinatalari Majburiy yozib qo'ying ustunlarga determinant, satrlarda emas. Aks holda, keyingi yechim algoritmida chalkashlik bo'ladi.