Jeroen's Studie Archief
Lineaire algebra 10 oktober 2024

Dimensies van lineaire deelruimtes

Gegeven zijn de lineaire deelruimten U,V∈RnU,V \in \R^n.

In het algemeen geldt dat U∪VU \cup V geen lineaire deelruimte is.

De verzameling U∩VU \cap V is wel altijd een lineaire deelruimte.

De somruimte U+V={u+v:u∈U,v∈V}U+V = \{ u + v : u \in U, v \in V \} is ook altijd een lineaire deelruimte.

Basis voor U∩VU \cap V

We nemen als voorbeeld de lineaire deelruimten U,VU,V gegeven door:

U=span([1214],[0101]),V=span([−1101],[42614],[2215]) U = \text{span}\left( \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \\ 4 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix} \right), \quad V = \text{span}\left( \begin{bmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 4 \\ 2 \\ 6 \\ 14 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 2 \\ 2 \\ 1 \\ 5 \end{bmatrix} \right)

Deze vectoren noemen we u1,u2,v1,v2,v3u_1, u_2, v_1, v_2, v_3.

Er geldt: als x∈U∩Vx \in U \cap V, dan is xx te schrijven als x=λ1u1+λ2u2=μ1v1+μ2v2+μ3v3x = \lambda_1 u_1 + \lambda_2 u_2 = \mu_1 v_1 + \mu_2 v_2 + \mu_3 v_3, voor λi,μi∈R\lambda_i, \mu_i \in \R.

Oftewel: λ1u1+λ2u2−μ1v1−μ2v2−μ3v3=0\lambda_1 u_1 + \lambda_2 u_2 - \mu_1 v_1 - \mu_2 v_2 - \mu_3 v_3 = 0. We zoeken dus lineaire relaties.

Concreter: we zoeken vectoren [λ1λ2−μ1−μ2−μ3]∈Nul(A)\begin{bmatrix} \lambda_1 \\ \lambda_2 \\ -\mu_1 \\ -\mu_2 \\ -\mu_3 \end{bmatrix} \in \text{Nul}(A) voor een matrix A=[10−1422112210061411145]A = \begin{bmatrix} 1 & 0 & -1 & 4 & 2 \\ 2 & 1 & 1 & 2 & 2 \\ 1 & 0 & 0 & 6 & 1 \\ 4 & 1 & 1 & 14 & 5 \end{bmatrix}.

Gauss-Jordan-eliminatie geeft [10060010−1200012000001]\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 6 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & -12 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}, dus Nul(A)={[−6t12t−2tt0]:t∈R}\text{Nul}(A) = \left\{ \begin{bmatrix} -6t \\ 12t \\ -2t \\ t \\ 0 \end{bmatrix} : t \in \R \right\}.

We concluderen dat dim(U∩V)=1\text{dim}(U \cap V) = 1.

Kies t=1t=1. Dan is {[−612−210]}\left\{ \begin{bmatrix} -6 \\ 12 \\ -2 \\ 1 \\ 0 \end{bmatrix} \right\} een basis voor Nul(A)\text{Nul}(A).

Een basisvector voor U∩VU \cap V is dan:

−6[1214]+12[0101]=2[−1101]−[42614]+0[2215]=[−60−6−12] -6 \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \\ 4 \end{bmatrix} + 12 \begin{bmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix} = 2 \begin{bmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 4 \\ 2 \\ 6 \\ 14 \end{bmatrix} + 0 \begin{bmatrix} 2 \\ 2 \\ 1 \\ 5 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -6 \\ 0 \\ -6 \\ -12 \end{bmatrix}

Gemaakt door Jeroen van Rensen.