diff --git a/sections/2A.typ b/sections/2A.typ index 0c48ecf..dcef74a 100644 --- a/sections/2A.typ +++ b/sections/2A.typ @@ -1,5 +1,5 @@ #import "../styles.typ": exercise_sol, tab, exercise_ref -#import "../math.typ": span +#import "../math.typ": span, ii #exercise_sol(type: "answer")[ 求 $FF^3$ 中的四个不同的向量,其张成空间为 @@ -14,17 +14,17 @@ #tab 综上所述,题目要求的四个不同的向量可以是 - $ (1, 0, -1)"," (0, 1, -1)"," (2, 0, -2)"," (0, 2, -2) $ + $ (1, 0, -1), (0, 1, -1), (2, 0, -2), (0, 2, -2) $ ] #exercise_sol(type: "proof")[ - 证明或证伪:如果 $v_1$,$v_2$,$v_3$ 和 $v_4$ 张成 $V$,那么向量组 + 证明或证伪:如果向量组 $v_1, v_2, v_3, v_4$ 张成 $V$,那么向量组 $ v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4 $ 也张成 $V$。 ][ - 设 $v_1$,$v_2$,$v_3$ 和 $v_4$ 张成 $V$,则任意 $v in V$ 都可以表示为 + 对于任意 $v in V$,可以将其表示为 $ v = a_1 v_1 + a_2 v_2 + a_3 v_3 + a_4 v_4 $ @@ -44,7 +44,7 @@ #tab 这说明 $v$ 可以用 $v_1$,$v_2$,$v_3$ 和 $v_4$ 线性表示,这表明 $span(v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4) subset.eq V$。 - #tab 综上所述,$V = span(v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4)$,即向量组 $v_1 - v_2$,$v_2 - v_3$,$v_3 - v_4$ 也张成 $V$。 + #tab 综上所述,$V = span(v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4)$,即向量组 $v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4$ 也张成 $V$。 ] #exercise_sol(type: "proof")[ @@ -93,7 +93,7 @@ #tab 综上所述,$span(v_1, dots, v_m) = span(w_1, dots, w_m)$。 ] -#exercise_sol(type: "proof")[ +#exercise_sol(type: "proof", ref: <2A-when-1-or-2-vecs-are-indep>)[ #set enum(numbering: "(a) ") // 与原书一致 + 证明:向量空间中长度为 $1$ 的组线性无关,当且仅当组中的该向量不是 $0$; + 证明:向量空间中长度为 $2$ 的组线性无关,当且仅当组中两个向量的任意一个不是另一个的标量倍。 @@ -126,7 +126,7 @@ #exercise_sol(type: "answer")[ 求一数 $t in RR$,使得向量组 - $ (3, 1, 4)"," (2, -3, 5)"," (5, 9, t) $ + $ (3, 1, 4), (2, -3, 5), (5, 9, t) $ 在 $RR^3$ 中不是线性无关的。 ][ @@ -134,11 +134,15 @@ $ (-3) (3, 1, 4) + 2 (2, -3, 5) + 1 (5, 9, 2) = 0 $ - #tab 根据线性无关的定义(原书定义2.15),这表明向量组 $(3, 1, 4)$,$(2, -3, 5)$,$(5, 9, 2)$ 在 $RR^3$ 中不是线性无关的。 + #tab 根据线性无关的定义(原书定义2.15),这表明向量组 $(3, 1, 4), (2, -3, 5), (5, 9, 2)$ 在 $RR^3$ 中不是线性无关的。 ] #exercise_sol(type: "proof")[ - 证明:向量组 $(2, 3, 1)$,$(1, -1, 2)$,$(7, 3, c)$ 在 $FF^3$ 中线性相关,当且仅当 $c = 8$。 + 证明:向量组 + + $ (2, 3, 1), (1, -1, 2), (7, 3, c) $ + + 在 $FF^3$ 中线性相关,当且仅当 $c = 8$。 ][ 首先说明充分性:当 $c = 8$ 时,注意到 @@ -146,7 +150,7 @@ #tab 根据线性相关的定义(原书定义2.17),这表明向量组 $(2, 3, 1)$,$(1, -1, 2)$,$(7, 3, 8)$ 在 $FF^3$ 中线性相关。 - #tab 然后说明必要性:使用反证法,假设 $c != 8$ 且向量组 $(2, 3, 1)$,$(1, -1, 2)$,$(7, 3, c)$ 线性相关。根据定义,存在 $a_1, a_2, a_3 in FF$,使得 + #tab 然后说明必要性:使用反证法,假设 $c != 8$ 且向量组 $(2, 3, 1), (1, -1, 2), (7, 3, c)$ 线性相关。根据定义,存在 $a_1, a_2, a_3 in FF$,使得 $ a_1 (2, 3, 1) + a_2 (1, -1, 2) + a_3 (7, 3, c) = 0 $ @@ -164,5 +168,44 @@ #tab 由于 $c!=8$,只能有 $a_1 = 0$,而这将给出 $a_1 = a_2 = a_3 = 0$,与反证假设矛盾,故假设不成立。 - #tab 综上所述,向量组 $(2, 3, 1)$,$(1, -1, 2)$,$(7, 3, c)$ 在 $RR^3$ 中线性相关当且仅当 $c = 8$。 + #tab 综上所述,向量组 $(2, 3, 1), (1, -1, 2), (7, 3, c)$ 在 $RR^3$ 中线性相关当且仅当 $c = 8$。 +] + +#exercise_sol(type: "proof")[ + #set enum(numbering: "(a) ") // 与原书一致 + + 证明:如果我们将 $CC$ 视为 $RR$ 上的向量空间,那么向量组 $1 + ii, 1 - ii$ 是线性无关的。 + + 证明:如果我们将 $CC$ 视为 $CC$ 上的向量空间,那么向量组 $1 + ii, 1 - ii$ 是线性相关的。 +][ + 利用@2A-when-1-or-2-vecs-are-indep 中的结论,我们只需注意到, + + $ (1 + i) / (1 - i) = ii $ + + #tab 考虑到 $ii in CC$ 但是 $ii in.not RR$,因此 $1 + i$ 只在 $CC$ 上是 $1 - ii$ 的标量倍。这表明,如果我们将 $CC$ 视为 $RR$ 上的向量空间,那么向量组 $1 + ii, 1 - ii$ 是线性无关的,而如果我们将 $CC$ 视为 $CC$ 上的向量空间,那么向量组 $1 + ii, 1 - ii$ 是线性相关的。 +] + +#exercise_sol(type: "proof")[ + 设向量组 $v_1, v_2, v_3, v_4$ 在 $V$ 中线性无关。证明:向量组 + + $ v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4 $ + + 也线性无关。 +][ + 设 $a_1, a_2, a_3, a_4 in FF$,使得 + + $ a_1 (v_1 - v_2) + a_2 (v_2 - v_3) + a_3 (v_3 - v_4) + a_4 v_4 = 0 $ + + #tab 整理得到 + + $ a_1 v_1 + (a_2 - a_1) v_2 + (a_3 - a_2) v_3 + (a_4 - a_3) v_4 = 0 $ + + #tab 由于 $v_1, v_2, v_3, v_4$ 线性无关,根据线性无关的定义(原书定义2.15),只能有 + + $ cases( + a_1 = 0, + a_2 - a_1 = 0, + a_3 - a_2 = 0, + a_4 - a_3 = 0 + ) $ + + #tab 这说明 $a_1 = a_2 = a_3 = a_4 = 0$,因此向量组 $v_1 - v_2, v_2 - v_3, v_3 - v_4, v_4$ 线性无关。 ]