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Base (álgebra linear)

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Vector e covector

Naálgebra linear, umabase de umespaço vectorial é umconjunto devetoreslinearmente independentes quegeram esse espaço.[1]

Definição

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SeE{\displaystyle E} é umespaço vectorial sobre umcorpoK,{\displaystyle K,} chama-sebase deE{\displaystyle E} a umconjunto de vectores deE{\displaystyle E}linearmente independentes quegeraE.{\displaystyle E.}

Exemplos

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{(1,0,0,,0,0),(0,1,0,,0,0),,(0,0,0,,0,1)},{\displaystyle \{(1,0,0,\ldots ,0,0),(0,1,0,\ldots ,0,0),\ldots ,(0,0,0,\ldots ,0,1)\},}

que se denomina a suabase canónica.

Cardinalidade e dimensão

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Um espaço vectorial pode ter mais de uma base. De facto, um espaço vectorial só pode ter uma única base nos seguintes casos:

Os seguintes resultados, porém, são válidos:

  • Se um espaço vectorial tem uma baseB{\displaystyle B} finita, então todas as outras bases também são finitas, e têm a mesmacardinalidade.[3]
  • De modo geral, supondo-se oaxioma da escolha, duas bases de um espaço vectorialV{\displaystyle V} tem a mesma cardinalidade (mesmo se a base for um conjunto infinito). Esta cardinalidade designa-se pordimensão deV.{\displaystyle V.}[4] Um espaço vectorial que possui uma de suas bases formada por 3 vectores, por exemplo, é um espaço vetorial de dimensão 3.

Existência

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Usando-se uma forma equivalente do axioma da escolha, oLema de Zorn, é fácil mostrar que todo espaço vectorialV{\displaystyle V} tem uma base e, mais geralmente, provar que, para qualquer conjuntoS{\displaystyle S}linearmente independente de vectores deV,{\displaystyle V,} existe uma baseB{\displaystyle B} deV{\displaystyle V} que contémS.{\displaystyle S.} SejaL{\displaystyle L} o conjunto de todos as partes linearmente independentes deV{\displaystyle V} que contêmS.{\displaystyle S.} O conjuntoL{\displaystyle L} estáparcialmente ordenado pela inclusão de conjuntos. SejaF{\displaystyle F} uma parte deL{\displaystyle L}totalmente ordenada. EntãoF{\displaystyle F} é majorado; basta ver que a união de todos os elementos deF{\displaystyle F} é novamente linearmente independente e contémS{\displaystyle S} (ou seja, pertence aL{\displaystyle L}) e que contém todos os elementos deF.{\displaystyle F.} O lema de Zorn afirma então queL{\displaystyle L} tem algum elemento maximalB.{\displaystyle B.} Então, comoB{\displaystyle B} ∈ L,{\displaystyle L,}B{\displaystyle B} é linearmente independente e contémS.{\displaystyle S.} SeB{\displaystyle B} não gerasseV,{\displaystyle V,} haveria algum vectorv{\displaystyle v} ∈ V{\displaystyle V} que não seriacombinação linear de elementos deB.{\displaystyle B.} EntãoB{\displaystyle B} ∪ {v}{\displaystyle \{v\}} seria também um conjunto linearmente independente que conteriaS.{\displaystyle S.} MasB{\displaystyle B} ⊂ B{\displaystyle B} ∪ {v}{\displaystyle \{v\}} eB{\displaystyle B} ≠ B{\displaystyle B} ∪ {v},{\displaystyle \{v\},} o que está em contradição comB{\displaystyle B} ser um elemento maximal deL.{\displaystyle L.} Logo,B{\displaystyle B} geraV{\displaystyle V} e, portanto, é uma base.

Subespaços vectoriais

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Se o espaço vectorialV{\displaystyle V} tem uma baseB,{\displaystyle B,} eW{\displaystyle W} é umsubespaço vectorial deV,{\displaystyle V,} entãoW{\displaystyle W} tem uma baseB1{\displaystyle B_{1}} com as seguintes propriedades:

Outra propriedade importante é a seguinte:

  • SeW é um subespaço vectorial deV, eW tem uma baseB1, então existe uma baseB deV tal queB1 é um subconjunto deB.

Este resultado, no caso infinito, depende doaxioma da escolha.

Interpretação

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Uma boa forma de interpretar o conceito de Base é pensar nas cores primárias: se misturarmos amarelo, magenta e azul ciano nas proporções correctas podemos criar qualquer outra cor que desejemos. Além do mais, tal proporção é única para a cor desejada. Da mesma forma, uma Base permite-nos, de maneira única, combinar linearmente ("misturar") os seus vectores ("cores primárias") para obtermos o vector ("a cor") que pretendemos.

Referências

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  1. Callioli 1990, p. 76–77
  2. abCallioli 1990, p. 77
  3. Callioli 1990, p. 101
  4. Callioli 1990, p. 78

Bibliografia

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  • Callioli, Carlos A.; Hygino H. Domingues; Roberto C. F. Costa (1990).Álgebra Linear e Aplicações 6 ed. São Paulo: Atual.ISBN 9788570562975 A referência emprega parâmetros obsoletos|coautor= (ajuda)

Ligação Externa

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Tópicos relacionados comálgebra linear
Conceitos básicos
Matrizes
Álgebra linear numérica
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