diff --git a/sections/2A.typ b/sections/2A.typ index ed25444..ae0b2f1 100644 --- a/sections/2A.typ +++ b/sections/2A.typ @@ -311,3 +311,47 @@ #tab 根据张成空间的定义(原书定义2.4),这表明 $w in span(v_1, dots, v_m)$。 ] + +#exercise_sol(type: "proof")[ + 设 $v_1, dots, v_m$ 是 $V$ 中的线性无关向量组,且 $w in V$。证明: + + $ v_1, dots, v_m, w "线性无关" quad <==> quad w in.not span(v_1, dots, v_m) $ +][ + 首先说明充分性:现在 $v_1, dots, v_m, w$ 线性无关。反证假设 $w in span(v_1, dots, v_m)$,则根据张成空间的定义(原书定义2.4),存在 $a_1, dots, a_m in FF$,使得 + + $ w = a_1 v_1 + dots.c + a_m v_m $ + + #tab 整理得到 + + $ a_1 v_1 + dots.c + a_m v_m + (-1)w = 0 $ + + #tab 根据线性无关的定义(原书定义2.15),这与 $v_1, dots, v_m, w$ 线性无关矛盾,因此,$w in.not span(v_1, dots, v_m)$。 + + #tab 然后说明必要性:现在 $w in.not span(v_1, dots, v_m)$。反证假设 $v_1, dots, v_m, w$ 线性相关。根据线性相关的定义(原书定义2.17),存在 $a_1, dots, a_(m+1) in FF$,使得 + + #show: math_numbering(true) + $ a_1 v_1 + dots.c + a_m v_m + a_(m+1) w = 0 $ <2A-v-plus-w-is-dependent-def> + #show: math_numbering(false) + + #tab 其中 $a_1, dots, a_(m+1)$ 中至少有一个不为 $0$。我们有 $a_(m+1) != 0$。这是因为,如果 $a_(m+1) = 0$,则我们可以将@2A-v-plus-w-is-dependent-def 改写为 + + $ a_1 v_1 + dots.c + a_m v_m = 0 $ + + #tab 这与题目条件中 $v_1, dots, v_m$ 线性无关矛盾。因此,$a_(m+1) != 0$。 + + #tab 所以,我们可以将@2A-v-plus-w-is-dependent-def 改写为 + + $ w = -(a_1 v_1 + dots.c + a_m v_m) / a_(m+1) $ + + #tab 更进一步地,对于 $k in {1, dots, m}$,令 + + $ b_k = -a_k / a_(m+1) $ + + #tab 则有 + + $ w = b_1 v_1 + dots.c + b_m v_m $ + + #tab 这表明 $w in span(v_1, dots, v_m)$,与反证假设 $w in.not span(v_1, dots, v_m)$ 矛盾。因此,$v_1, dots, v_m, w$ 线性无关。 + + #tab 综上所述,$v_1, dots, v_m, w$ 线性无关当且仅当 $w in.not span(v_1, dots, v_m)$。 +]