diff --git a/sections/2A.typ b/sections/2A.typ index 99cb87c..a7a7a5d 100644 --- a/sections/2A.typ +++ b/sections/2A.typ @@ -1,4 +1,7 @@ -#import "../styles.typ": exercise_sol, tab, exercise_ref, math_numbering +#import "@preview/cetz:0.4.0" +#import "@preview/cetz-plot:0.1.2": plot + +#import "../styles.typ": exercise_sol, tab, exercise_ref, math_numbering, ploting-styles #import "../math.typ": span, ii, Poly #exercise_sol(type: "answer")[ @@ -500,7 +503,7 @@ #tab 这立即给出 $a_1 = dots.c = a_m = 0$,于是根据线性无关的定义(原书定义2.15),向量组 $v_1, dots, v_m$ 是线性无关的。 - #tab 根据@2A-when-is-V-inf-dim 中的结论,$FF^infinity$ 是无限维的。 + #tab 所以,根据@2A-when-is-V-inf-dim 中的结论,$FF^infinity$ 是无限维的。 ] #exercise_sol(type: "proof")[ @@ -511,17 +514,64 @@ #tab 对于 $k in NN^+$,我们令函数 - $ f_k:& [0, 1] -> RR \ &x |-> x^k $ + $ f_k:& [0, 1] -> RR \ &x |-> max{0, (k^2 - k^4) x^2 + 2 k^3 x - k^2} $ - #tab 论证 $f_k$ 是连续函数超出了“代数”的范围,但我们可以论证 $f_k in #fun-notation$。我们现在论证,对于任意正整数 $m$,函数组 $f_1, dots, f_m$ 是线性无关的。设 $a_1, dots a_m in RR$,使得 + #figure( + kind: image, + caption: [$k = 1, 2, 3, 4$ 时,$f$ 的图像。], + table( + columns: 4, + stroke: none, + align: top + left, + ..for k in range(1, 5) { + (box(cetz.canvas({ + import cetz.draw: * + ploting-styles.axis + let domain = (0, 1) + plot.plot( + size: (2, 2), + x-ticks: if k == 1 { () } else {((1 / k, $1 slash #k$),)}, + x-tick-step: 1, + y-tick-step: 1, + axis-style: "scientific", + x-min: domain.at(0), + x-max: domain.at(1), + y-min: -0.2, + y-max: 1.2, + x-grid: true, + y-grid: true, + x-label: none, + y-label: none, + { + plot.add( + x => calc.max( + 0, + (calc.pow(k, 2) - calc.pow(k, 4)) * calc.pow(x, 2) + 2 * calc.pow(k, 3) * x - calc.pow(k, 2) + ), + domain: domain, + samples: 200, + style: ploting-styles.s, + ) + }) + })),) + })) + + #tab 注意到,$f_k (1/k) = 1$。另一方面 $f_k$ 定义中 $max$ 运算内的二次函数恰在 $x = 1/(k+1)$ 和 $x = 1/ (k-1)$($k=1$ 时除外)时值为 $0$。因此,$f_k in #fun-notation$。更进一步,我们得到,对于 $i, j in NN^+$, + + $ f_i (1 / j) = cases( + 1 wide &i = j, + 0 &i != j + ) $ + + #tab 设 $a_1, dots a_m in RR$,使得 $ a_1 f_1 + dots.c + a_m f_m = 0 $ #tab 即对于任意 $x in [0, 1]$,有 - $ a_1 x + dots.c + a_m x^m = 0 $ + $ a_1 f_1 (x) + dots.c + a_m f_m (x) = 0 $ - #tab 根据“次数为 $m$ 的多项式最多有 $m$ 个零点”(原书定理4.8#footnote[一般而言,我们不应该引用后面的定理,因为这将带来循环论证的风险。但是第4章多项式相对独立,从逻辑上说,这里引用原书定理4.8是没有问题的。]),我们可以得出结论,$a_1 = dots.c = a_m = 0$,于是根据线性无关的定义(原书定义2.15),函数组 $f_1, dots, f_m$ 是线性无关的。 + #tab 对于 $k in {1, dots, m}$,我们代入 $x = 1/k$ 即可说明 $a_k = 0$,于是根据线性无关的定义(原书定义2.15),向量组 $f_1, dots, f_m$ 是线性无关的。 - #tab 根据@2A-when-is-V-inf-dim 中的结论,#fun-notation 是无限维的。 + #tab 所以,根据@2A-when-is-V-inf-dim 中的结论,#fun-notation 是无限维的。 ]