Capítulo II ESPAÇOS VECTORIAIS
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- Carolina Alencastre Philippi
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1 Cpítlo II ESPAÇOS VECTORIAIS
2 Cpítlo II Espços Vectors Cpítlo II Cosdereos coto K o ql estão defds pelo eos ds operções: dt e ltplct sbolzds respectete por + e O coto K será corpo se: b K + b K + b b + cottdde ( b + c + ( b + c + ssoctdde é o eleeto lo de K (zero 5 b K K : + + é o eleeto oposto de 6 b K b K 7 b b cottdde 8 ( b c ( b c ssoctdde 9 é o eleeto dde de K b K b K ( b é o erso de b sto é b b b b ( b c ( c + ( b c dstrbtdde Fclete se coclr qe o coto R dos úeros res e tbé os cotos Q dos úeros rcos e C dos úeros coplexos é corpo Neste cso s operções + e são respectete s dção e ltplcção rtétcs O oposto de é e o erso de b é b b Defção Ddo o coto V { } e o corpo { } é espço ectorl sobre o corpo R se: A V + V A + + A ( ( + R dz-se qe V A + + ( eleeto lo de V A4 : + V + ( - eleeto oposto de 8 Prof Alzr Ds
3 Cpítlo II Espços Vectors B R e V V + + B ( + + B ( B ( ( B4 U dos cotos á cohecdos ode todos estes xos são stsfetos é o coto dos ectores lres qer o plo qer o espço Dí qe os eleetos de qlqer espço ectorl se desgdos por ectores os eleetos do corpo chos esclres Exeplo O coto o corpo Co efeto: M ds trzes do tpo é espço ectorl sobre Sedo A e B M tbé A + B M por defção de dção de trzes Coo se dção de trzes é cott - A + B B + A - e ssoct - ( A B + C A + ( B + C + O eleeto lo de M é trz l qe é represetd por A M A M : A + A A + A Sedo ( ; os eleetos de A os eleetos de A serão os opostos de Vos tbé qe R e A M tbé A M ( A B A + B + coo segr se deostr: b + b b b + b + b + b + b + b + b + b + b b + b b b b b + b b 9 Prof Alzr Ds
4 Cpítlo II Espços Vectors ( + β A A + βa e ( A ( βa IA A coo é edete β (s deostrções dos xos são álogs às terores Propreddes Eleetres dos Espços Vectors As propreddes dos espços ectors deostr-se prtr dos 8 xos qe costte s defção: ª - E qlqer espço ectorl exste só eleeto lo ª - E qlqer espço ectorl cd eleeto te só oposto ª - V (e-se qe o zero do º ebro R e o do º ebro V 4ª - R (bos os zeros pertece V 5ª - V ( e V ( ( ( 6ª - R 7ª - R e V 8ª - o 9ª - β β o Prodto Crteso O Espço Vectorl Se os cotos A ( e B ( b b Ch-se prodto crteso de A e B ( A B o coto A B {( b : A e b B} Se B A te-se o prodto crteso A A o coo é orlete represetdo A sedo este represetdo por A {( b : b A} {( : } A A Geerlzdo tereos etão Exeplo Se A { 5} e B { 46} B {( ( 4 ( 6 ( 5( 54( 56 } A B A {( 4 ( 5 ( 4 ( 45 ( 6 ( 65 } A {( ( 5 ( 5 ( 55 } Note-se qe o úero de eleetos de A B é gl o prodto do úero de eleetos de A pelo úero de eleetos de B Prof Alzr Ds
5 Cpítlo II Espços Vectors Pro-se qe o coto R - R é o coto dos úeros res é espço ectorl desde qe este defds s operções: ( ( b b b + ( + b + b + b e ( ( b b b R co b b e ( ( b Mtos dos cotos á cohecdos pode ser cosderdos cotos lgs: O coto dos úeros coplexos { + b : b R} C Veos o coto dos polóos de gr eor o gl { x + b : b R} e o coto ds trzes do tpo por exeplo são cotos M : b R b P Co efeto eos o qe scede co P á qe co C e M se poderão tecer cosderções álogs Sedo p e p eleetos de P co p x + b e p x + b fácl é erfcr qe p + p ( + x + ( b + b e p ( x + ( b Os esos resltdos se pode obter b co o eso procedeto: ( x + b + ( x + b ( b + ( ( + b + b ( + x + ( b + b e ( x + b ( b ( b ( x + ( b Veos s lgs cotos: O coto dos polóos de grs eor o gl { x + bx + c : b R} P c V o coto dos ectores do espço { ( b c : b c R} e o coto ds trzes do tpo {[ b c] : b c R} M são exeplos de cotos O coto dos polóos de gr eor o gl e { x + bx + cx + d : b c R} P d b o coto ds trzes qdrds de ª orde M : b c d R c d Prof Alzr Ds
6 Cpítlo II Espços Vectors são cotos 4 Sb-espços Vectors Se V espço ectorl sobre R e A V Dz-se qe A é sb-espço ectorl de V se: b A + b A R e A A Exeplo Verfcr se os cotos {( b + b : b R} {( x y z : x + y + } X z são sb-espços de A e Note-se qe tto o coto A coo o coto X estão cotdos e R á qe qlqer eleeto de cd destes cotos é tbé eleeto de Tereos de erfcr se s codções qe defe sb-espço ectorl são q stsfets Coeceos co o coto A e toeos dos eleetos geércos deste coto: ( b + b ( b + b : ( b b + ( b + b ( + b + b ( + b + ( + b + o eleeto obtdo pertece tbé A á qe stsfz defção de eleeto deste coto cd eleeto de A é costtdo por três úeros res o tercero sedo so dos preros ( b b ( b + b + tbé este eleeto pertece A pels rzões ocds e O coto A é portto sb-espço de Psseos o coto X Coo os três úeros res qe defe os eleetos deste coto estão terlgdos pel relção x + y + z o se z x y o coto pode ser descrto d segte for: X {( x y x y : x y R} Procededo coo o exeplo teror teríos ss ( x y x + y + ( x y x + y ( x + x y + y ( x + x ( y + y o qe os le coclr qe o eleeto obtdo ão pertece X pos o tercero úero qe o costt ão é Prof Alzr Ds
7 Cpítlo II Espços Vectors gl ( x + x ( y + y O coto X ão é portto sb-espço de Cobção Ler de Vectores Gerdores de Espço Vectorl Dzeos qe ector V é cobção ler dos ectores V se exstre os esclres R - coefcetes d cobção ler ts qe Exeplo O ector ( 6 5 ( ( ( de R é cobção ler dos ectores Co efeto bstrá tor 6 5 pr qe se poss escreer É edete qe qlqer ector R é cobção ler dqeles três ectores pos ( xyz x( + y( + z( x + y + z ( x y z Dreos qe os ectores V ger o são gerdores do espço ectorl V se qlqer ector deste espço ectorl for cobção ler dqeles ectores sto é se V R : Coo se cocl do exeplo teror os ectores ( ( e ( ger Exeplo Verfcr se os ectores ( ( ( ger Toeos o ector geérco ( xyz ( + ( + ( e fços ( xyz Verfqeos se qsqer qe se x y z exste sepre esclres ts qe relção teror se erdder Obteos: ( y z ( x o se + x x + + y Resolos o sste: y z z Prof Alzr Ds
8 Cpítlo II Espços Vectors y x z 4 4 y x y z + y 4 4 y x y z + y + 4z Cocl-se qe o sste só é possíel pr x + y + 4z cso cotráro ão exstrão qe stsfç o sste e coseqeteete relção ( xyz ( + ( + ( Ne todos os ectores de cobção ler dos ectores ddos Estes ão ger R são portto Depedêc e Idepedêc Leres Dz-se qe os ectores V são lerete depedetes se Se est gldde sbsstr pr ão todos los os ectores serão lerete depedetes Exeplo Os ectores ( ( ( depedetes Pr o erfcr escree-se são lerete ( + ( + ( ( Etão Teore Os ectores V são lerete depedetes se e só se deles for cobção ler de todos os otros Deostrção Se são lerete depedetes etão relção é possíel tbé pr ão todos los Spodo qe se poderá cosderr Neste cso prtr d eqção teror podeos obter scessete: Prof Alzr Ds
9 Cpítlo II Espços Vectors + + Coo são úeros res e dí o ector ser cobção ler de todos os otros Recprocete se for cobção ler dos ectores qe sbe-se qe R ts Adcodo bos os ebros dest gldde o opsoto de obté-se ( ( + o qe pro qe estes + ectores são lerete depedetes á qe qel gldde é possíel exstdo coefcete ão lo: o últo coefcete é gl ( Teore Se os ectores cobção ler de são lerete depedetes e se ão é etão são tbé lerete depedetes Este teore pode ser deostrdo pelo étodo de redção o bsrdo Deostrção Spohos qe são lerete depedetes Etão relção ser possíel pr ão todos los É edete qe te qe ser destes porqe se tl ão cotecesse e relção teror redzr-se- + + tedo + codção de ão sere todos los Isto cotr ds hpóteses do teore ql dz qe são lerete depedetes Se pelo cotráro pder ser relção le scessete dode coclr-se- qe er cobçãoler de cotrdz otr hpótese Os ectores depedetes s s depedetes o qe ão pode ser lerete 5 Prof Alzr Ds
10 Cpítlo II Espços Vectors Bse e Desão Os ectores V for bse do espço ectorl V se: B - gerre V B - fore lerete depedetes Os ectores ( ( ( qe ger V - qlqer ector de V pode ser escrto coo cobção ler destes e são lerete depedetes coo se for bse de {( ( } é bse cóc de cóc de 4 R etc É chd bse cóc de Do eso odo { } ( ( ( ( é bse Exeplo Verfcr se os ectores ( ( ( for bse de B - Os ectores ddos dee gerr R sto é qlqer qe se ( x y z R dee exstr R ts qe relção ( xyz ( + ( + ( se erfqe o qe eqle + x x + y Resoledo eqção: y z z x 5 y x 4 z x possíel qsqer qe se x 5 y x O sste é sepre x y + z x y z o qe sgfc qe exste sepre B - qe stsfze relção Os ectores são lerete depedetes N erdde gldde: ( + ( + ( ( perte obter o sste + + qe só dfere os teros depedetes gor todos los A codesção d trz à seelhç d teror reslt trz 6 Prof Alzr Ds
11 Cpítlo II Espços Vectors 5 o qe pro qe o sste é possíel e deterdo exstdo pes solção l: Ass os três ectores são lerete depedetes e tededo tbé B for bse de Teore Tods s bses de ddo espço ectorl tê o eso úero de eleetos Deostrção Cosdereos ds bses de ddo espço ectorl e os spor qe o úero de ectores de cd dels é respectete e co Adtos qe > Represeteos prer bse por { } segd por { } e Coo qlqer ector de espço ectorl V é cobção ler dos ectores de qlqer bse de V - por defção de bse podeos escreer: os coefcetes ds cobções leres sedo ( ; Fços gor se for bse de V tê qe ser lerete depedetes o qe ão cotece Veos ds + glddes terores obté-se: ( ( ( sto é: te-se ss ( ( ( Coo for bse de V eles são lerete depedetes e dí teos: U sste hoogéeo - teros depedetes todos los é sepre possíel s este cso é deterdo pos tedo ós dtdo o íco ser > o úero de 7 Prof Alzr Ds
12 Cpítlo II Espços Vectors cols é or qe o úero de lhs e há cógts defds à cst de otrs ão deterds Exeplo - z + t z t Etão y + z + t y z t ( t x + y + z + t x + x t Sgfc etão qe lé d solção l exste tbé solções ão ls o qe pro qe relção é erdder pr ão são ão todos los Os ectores lerete depedetes e por sso ão for bse de V Se > fr-se- deostrção álog só qe represetríos os ectores coo cobção ler de - dtdo qe estes ectores for bse de V Sedo ss e podeos ter < As ds bses terão o eso úero de ectores > e Ch-se desão de espço ectorl V o úero de ectores de bse qlqer de V Se este úero é gl escree-se d V Coo os ectores ( ( ( for bse de R terá sepre três ectores e d R qlqer bse de Costrção de U Bse A costrção de bse pode fzer-se ector ector tededo o peúlto teore e qe qlqer ector ão lo é lerete depedete se pel ot propredde dos espços ectors Exeplo Costr bse do espço ectorl {( x y x + y : x y R} V Qlqer ector ão lo de V por exeplo ( stsfz ª codção de defção de bse Veos gor se erfc ª codção sto é se ger V Pr 8 Prof Alzr Ds
13 Cpítlo II Espços Vectors sso qsqer qe fosse x y deer exstr R tl qe ( x y x + y ( o se: x y x + y É edete qe ão há qlqer qe é tl qe y stsfç o sste teror qdo o ector ( x y x + y V Ass e todos os ectores de V são cobção ler de ( e portto este ector ão costt bse de V U dos ectores qe ão é cobção ler de ( é por exeplo ( y Pelo peúlto teore podeos coclr qe estes dos ectores são lerete depedetes stsfzedo ss ª codção d defção de bse Veos se tbé stsfze ª: x x x e ss y y + x + y x + y ( y x + y ( + ( ss x y y x y O sste é sepre possíel e deterdo Sedo x y R R pos ( x y x + y x( + y( ts qe ( x y x + y ( + ( lerete depedetes for bse de V Os dos ectores ger V e coo lé dsso são 9 Prof Alzr Ds
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