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[Base] Encontrar uma base e a dimensão do subespaço

[Base] Encontrar uma base e a dimensão do subespaço

Mensagempor anderson_wallace » Sex Jan 10, 2014 00:48

Seja V={M}_{2,2}, e seja W o subespaço gerado por

\begin{pmatrix}
   1 & -5  \\ 
   -4 & 2 
\end{pmatrix}\ , \ \begin{pmatrix}
   1 & 1  \\ 
   -1 & 5 
\end{pmatrix}\ , \ 
\begin{pmatrix}
   2 & -4  \\ 
   -5 & 7 
\end{pmatrix} \ , \ 
\begin{pmatrix}
   1 & -7  \\ 
   -5 & 1 
\end{pmatrix}

Encontrar uma base e a dimensão de W.

Sempre que é dado um conjunto gerador e quero encontrar uma base de um subespaço de {R}^{n} uso um algoritmo dado no livro do seymour lipschutz, que consiste basicamente em escrever os vetores do conjunto gerador como colunas de uma matriz, escalona-la, e daí para cada coluna {C}_{k} da matriz escalonada que não tiver pivô (primeiro elemento não nulo de uma linha) retirar o vetor {u}_{k} do conjunto gerador. No fim, os vetores que restarem formam uma base do subespaço.

Mas nesse caso não estou trabalhando com n-uplas ordenadas, assim não tenho como escrever os elementos desse conjunto gerador como colunas de uma matriz. Como obter uma base para o conjunto em questão? Ou de modo mais geral, como proceder para encontrar uma base de um subespaço de matrizes de ordem n quando é dado um conjunto gerador?
anderson_wallace
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Re: [Base] Encontrar uma base e a dimensão do subespaço

Mensagempor e8group » Dom Jan 12, 2014 19:16

Tenho uma ideia . Considere A_1 , A_2 ,\hdots ,A_n matrizes p \times q linearmente independentes (L.I.) . Vamos designar o elemento da matriz A_k ,(k=1,\hdots,n) por [A_k]_{ij} (encontro da i-ésima linha com a j-ésima coluna da matriz A_k) com i=1,\hdots ,p e j=1, \hdots ,q . Tomemos a combinação linear nula

\sum_{k=1}^n \alpha_k A_k  = \alpha_1 A_1 + \hdots + \alpha_n A_n = O_{p\times q} = matriz nula de ordem p\times q .

Daí ,teremos o sistema de p\cdot q equações para n incógnitas .

\sum_{k=1}^n \alpha_k [A_k]_{ij} = 0 (i=1,...,p ; j=1,...,q)

ou na forma matricial

A \cdot  \begin{pmatrix} \alpha_1 \\ \alpha_2 \\ \vdots \\ \alpha_n  \end{pmatrix} =  \begin{pmatrix} 0 \\ 0\\ \vdots \\ 0 \end{pmatrix}_{n\times 1} em que

A é uma matriz (p\cdot q) \times  n ;e a cada m \in \{1,2,\hdots ,pq\} associamos um único vetor V_{ij} = ([A_1]_{ij},\hdots , [A_n]_{ij})  \in \mathbb{R}^n que representa sua m -ésima linha .

Podemos concluir que se as matrizes A_k são L.I., então a matriz acima A é invertível e portanto a , p=q e det(A) \neq 0 .

Em resumo ,dada as matrizes A_1 , A_2 ,\hdots ,A_n, para verificar que o conjunto constituído por elas é L.I. , façamos a verificação na seguinte ordem :

(i) Verificar se p=q
(ii) Caso o item (i) seja verdadeiro ,verifiquemos se det(A) \neq 0 .

Caso ambos itens acima são verdadeiros ,então o sistema acima só admite a solução trivial ,consequentemente \{A_1 , A_2 ,\hdots ,A_n\} L.I.


Exemplo .

Pelas 4 matrizes de ordem 2 \times 2 que você postou ,podemos formar por exemplo a seguinte matriz de ordem (2\cdot 2) \times 4 = 4 \times 4 (a primeira condição já é verdadeira )

\begin{pmatrix} 1 & 1 &2 & 1 \\  -5& 1 &-4 & -7 \\-4 & -1 & -5& -5 \\ 2&  5 &7 & 1 \end{pmatrix} .

Este é um exemplo (não o único) ,basta permutar as linhas da matriz acima que obterá outras possibilidades .

Vamos verificar o item (ii) , usando o wolfram alpha

http://www.wolframalpha.com/input/?i=de ... 2C+1%7D%7D

podemos ver que o determinante da matriz é nulo ; logo ela não é invertível ,logo o conjunto constituído pelas matrizes dadas não é uma base do espaço vetorial dado .

Espero que ajude .Se notar algo errado por favor post .
e8group
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Re: [Base] Encontrar uma base e a dimensão do subespaço

Mensagempor anderson_wallace » Seg Jan 13, 2014 23:24

Não conhecia essa propriedade que envolve do determinante da matriz. É um método bem prático para determinar se as matrizes são L.I. ou L.D..
Havia tentado encontrar o subespaço gerado, isto é, encontrar uma notação geral para todas as matrizes que podem ser escritas como combinação linear dessas e daí encontrar uma base, mas não deu certo (o escalar que multiplicava a última matriz não tinha como ser 'eliminado').
Estive estudando melhor esse exercício e acho que a única forma de encontrar uma base desse subespaço a partir desse conjunto gerador é testando para verificar qual matriz é combinação linear da demais, e assim remover do conjunto.

Obrigado pela ajuda!
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Re: [Base] Encontrar uma base e a dimensão do subespaço

Mensagempor Guilherme Pimentel » Qua Jan 15, 2014 05:23

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Assunto: método de contagem
Autor: sinuca147 - Seg Mai 25, 2009 09:10

Veja este exercício:

Se A = {x \in Z \hspace{1mm} | \hspace{1mm} \frac{20}{x} = n, n \in N} e B = {x \in R \hspace{1mm} | \hspace{1mm} x = 5m, m \in z}, então o número de elementos A \cap B é:

Eu tentei resolver este exercício e achei a resposta "três", mas surgiram muitas dúvidas aqui durante a resolução.

Para determinar os elementos do conjunto A, eu tive de basicamente fazer um lista de vinte dividido por todos os números naturais maiores que zero e menores que vinte e um, finalmente identificando como elementos do conjunto A os números 1, 2, 4, 5, 10 e 20. Acho que procedi de maneira correta, mas fiquei pensando aqui se não existiria um método mais "sofisticado" e prático para que eu pudesse identificar ou ao menos contar o número de elementos do conjunto A, existe?

No processo de determinação dos elementos do conjunto B o que achei foi basicamente os múltiplos de cinco e seus opostos, daí me surgiram estas dúvidas:

existe oposto de zero?
existe inverso de zero?
zero é par, certo?
sendo x um número natural, -x é múltiplo de x?
sendo z um número inteiro negativo, z é múltiplo de z?
sendo z um número inteiro negativo, -z é múltiplo de z?

A resposta é 3?

Obrigado.


Assunto: método de contagem
Autor: Molina - Seg Mai 25, 2009 20:42

Boa noite, sinuca.

Se A = {x \in Z \hspace{1mm} | \hspace{1mm} \frac{20}{x} = n, n \in N} você concorda que n só pode ser de 1 a 20? Já que pertence aos naturais?
Ou seja, quais são os divisores de 20? Eles são seis: 1, 2, 4, 5, 10 e 20.
Logo, o conjunto A é A = {1, 2, 4, 5, 10, 20}

Se B = {x \in R \hspace{1mm} | \hspace{1mm} x = 5m, m \in z} você concorda que x será os múltiplos de 5 (positivos e negativos)? Já que m pertence ao conjunto Z?
Logo, o conjunto B é B = {... , -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15, 20, 25, ...

Feito isso precisamos ver os números que está em ambos os conjuntos, que são: 5, 10 e 20 (3 valores, como você achou).

Vou responder rapidamente suas dúvidas porque meu tempo está estourando. Qualquer dúvida, coloque aqui, ok?

sinuca147 escreveu:No processo de determinação dos elementos do conjunto B o que achei foi basicamente os múltiplos de cinco e seus opostos, daí me surgiram estas dúvidas:

existe oposto de zero? sim, é o próprio zero
existe inverso de zero? não, pois não há nenhum número que multiplicado por zero resulte em 1
zero é par, certo? sim, pois pode ser escrito da forma de 2n, onde n pertence aos inteiros
sendo x um número natural, -x é múltiplo de x? Sim, pois basta pegar x e multiplicar por -1 que encontramos -x
sendo z um número inteiro negativo, z é múltiplo de z? Sim, tais perguntando se todo número é multiplo de si mesmo
sendo z um número inteiro negativo, -z é múltiplo de z? Sim, pois basta pegar -z e multiplicar por -1 que encontramos x

A resposta é 3? Sim, pelo menos foi o que vimos a cima


Bom estudo, :y:


Assunto: método de contagem
Autor: sinuca147 - Seg Mai 25, 2009 23:35

Obrigado, mas olha só este link
http://www.colegioweb.com.br/matematica ... ro-natural
neste link encontra-se a a frase:
Múltiplo de um número natural é qualquer número que possa ser obtido multiplicando o número natural por 0, 1, 2, 3, 4, 5, etc.

Para determinarmos os múltiplos de 15, por exemplo, devemos multiplicá-lo pela sucessão dos números naturais:

Ou seja, de acordo com este link -5 não poderia ser múltiplo de 5, assim como 5 não poderia ser múltiplo de -5, eu sempre achei que não interessava o sinal na questão dos múltiplos, assim como você me confirmou, mas e essa informação contrária deste site, tem alguma credibilidade?

Há e claro, a coisa mais bacana você esqueceu, quero saber se existe algum método de contagem diferente do manual neste caso:
Para determinar os elementos do conjunto A, eu tive de basicamente fazer um lista de vinte dividido por todos os números naturais maiores que zero e menores que vinte e um, finalmente identificando como elementos do conjunto A os números 1, 2, 4, 5, 10 e 20. Acho que procedi de maneira correta, mas fiquei pensando aqui se não existiria um método mais "sofisticado" e prático para que eu pudesse identificar ou ao menos contar o número de elementos do conjunto A, existe?