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Aclarar el razonamiento correcto para calcular la suma del subespacio

Conozco la definición de suma de subespacios, pero me gustaría aclarar cómo calcularla.

Por ejemplo, dejemos que $A$ y $B$ sean espacios vectoriales tales que $A=(0,0,x)$ y $B=(-y,y,y)$ para $x,y \in \mathbb{R}$ ¿Cómo puedo calcular $A+B$ ? He calculado que será una suma directa, pero ¿será igual a $\mathbb{R}^3$ ?

En otro ejemplo, dejemos que $A= (x, y, -x)$ y $B=(0, t, z)$ . ¿Cómo puedo calcular la suma? No es una suma directa, sino que su dimensión será igual a $3$ ?

¿Puede mostrarme cuál es el razonamiento correcto en estos casos? Además, ¿puede darme un enlace a más ejemplos y problemas trabajados?

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egreg Puntos 64348

La forma más sencilla es encontrar bases para cada subespacio, juntándolas y eliminando los vectores que hacen la unión linealmente dependiente.

Primer ejemplo.

Una base para $A$ es $\{(0,0,1)\}$ Una base para $B$ es $\{(-1,1,1)\}$ la matriz $$ \begin{bmatrix} 0 & -1 \\ 0 & 1\\ 1 & 1 \end{bmatrix} $$ se ve fácilmente que tiene rango $2$ Así que una base para $A+B$ es $\{(0,0,1),(-1,1,1)\}$ .

Segundo ejemplo.

Una base para $A$ es $\{(1,0,-1),(0,1,0)\}$ Una base para $B$ es $\{0,1,0),(0,0,1)\}$ . Hacer la eliminación gaussiana $$ \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 1 & 0\\ -1 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \to \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 1 & 0\\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} $$ que muestra que la tercera columna es una combinación lineal de las dos primeras (por supuesto, esto es obvio, porque la segunda y la tercera columna son iguales), pero también que la primera, la segunda y la cuarta columna forman un conjunto linealmente independiente. Por lo tanto, una base para $A+B$ es $\{(1,0,-1),(0,1,0),(0,0,1)\}$ .

La fórmula de Grassmann $$ \dim(A+B)=\dim A+\dim B-\dim(A\cap B) $$ le dirá si $A\cap B=\{0\}$ o no.


Sin la eliminación gaussiana, todavía se puede resolver el problema. El primer caso es realmente fácil: basta con demostrar que los dos vectores dados forman un conjunto linealmente independiente.

En el segundo caso, hay que tener en cuenta que $(0,1,0)$ aparece en las dos bases, por lo que podemos eliminarlo; luego demostrar que $\{(1,0,-1),(0,1,0),(0,0,1)\}$ es linealmente independiente por cálculo directo.

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Belgi Puntos 12598

Comprobar que de la definición se deduce que la dimensión de la suma de dos espacios vectoriales no puede superar la suma de sus dimensiones.

De esto concluimos que en ambos ejemplos la dimensión de la suma es como máximo $2$ y no es $\mathbb{R}^3$

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KarlP Puntos 3246

En el primer ejemplo, escríbalo como $e_A = (0,0,1)$ y $e_B =(-1,1,1)$ . Se ve que son linealmente independientes y abarcan un subespacio de dimensión 2. Para el segundo ejemplo, consideremos los espacios abarcados por $span\{(1,0,-1),(0,1,0)\}$ y $span\{(0,1,0),(0,0,1)\}$ .

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