Trong không gian , khi ta viết véctơ
thì nó có nghĩa rằng , trong đó
là cơ sở chính tắc của .
Chẳng hạn, việc biễu diễn véctơ (hay điểm)
trong mặt phẳng được hiểu rằng ta di chuyển 1 đơn
vị theo hướng và 2 đơn vị theo hướng . Ở mục này
chúng ta sẽ mở rộng ý tưởng này về việc biểu diễn véctơ ứng với các cơ sở của
các không gian véctơ tổng quát. Dưới đây, cho là một trường số và
là một không gian véctơ hữu hạn chiều trên .
là một cơ sở của không gian véctơ và là một véctơ bất kỳ.
Khi đó tồn tại bộ duy nhất gồm các số sao cho
Do đó, thông qua cơ sở
, véctơ hoàn toàn được xác định bởi véctơ
Véctơ được gọi là của
ứng với cơ sở và các số được gọi là của ứng với cơ sở .
Trong không gian véctơ , xét cơ sở
và véctơ
. Khi đó
có véctơ tọa độ ứng với là
Tiếp theo ta tìm véctơ tọa độ của ứng với cơ sở
chính tắc của .
Ta có
Vậy ứng với cơ sở ta có
.
Cho là một cơ sở
của không gian véctơ và . Để tìm
véctơ tọa độ , ta cần tìm tổ hợp tuyến tính của qua
. Xét với . Ta có hệ phương trình Khi đó, hệ có nghiệm duy nhất là , và .
Như vậy .
Với và
ta có
Trong
xét cơ sở và các véctơ
và . Véctơ tọa độ của
và ứng với lần lượt là và . Khi đó
và , kéo theo
Định lý sau đây cho phép chúng ta đưa bài
toán độc lập tuyến tính trong không gian véctơ tổng quát về bài toán tương
đương trong .
Cho là một hệ véctơ trong không gian
véctơ , , và
. Các
khẳng định sau là đúng:
Cho
là một hệ véctơ trong không gian véctơ , , và
. Khi
đó là một cơ sở của nếu và chỉ nếu là một có sở của .
Áp dụng hệ quả trên ta chỉ ra
là một cơ sở của như giả thiết
trong Ví dụ 13.4. Xét cơ sở . Khi
đó ta có các véctơ tọa độ
Rõ ràng
, do đó các
véctơ là độc lập
tuyến tính trong và lập thành một cơ sở của . Vì
vậy là một cơ sở của .
Xét không gian véctơ . Khi đó dễ thấy rằng tập
với
là một cơ sở của , gọi là cơ
sở chính tắc của . Cho với Ta áp dụng
Hệ quả 13.8 để xác định một cơ sở của không gian con
như sau. Ta có Đặt
. Bây giờ, ta tìm một cơ sở của . Vì
nên . Hơn nữa, hệ véctơ
là độc lập tuyến tính, do
. Từ đó suy ra
là một cơ sở của , và vì vậy là một cơ sở của .
-chiều , xét hai cơ sở
và . Khi đó mỗi véctơ
có véctơ tọa độ khác nhau ứng với mỗi cơ sở. Viết tức là và . Mối liên hệ giữa hai véctơ tọa
độ này được biểu diễn như sau: trong đó ma trận
là ma
trận vuông cấp trên .
Công thức trên cho phép tính toán tọa độ
của ứng với từ tọa độ của ứng với qua tích của
ma trận với véctơ. Điều này đưa ta tới định nghĩa dưới đây.
Cho
và là hai cơ sở của không gian véctơ , và .
Xét không gian véctơ với hai cơ sở
và
Ta có
do đó ma trận chuyển cơ sở từ sang là
Để tìm ma trận chuyển cơ sở từ sang
, ta cần tìm for . Do đó ta cần giải ba
hệ phương trình tuyến tính
và thực hiện biến đổi ma trận mở rộng về dạng bậc thang rút gọn đồng thời cho 3 hệ
phương trình và nhận được
Vậy
Hơn nữa, theo quá trình tính ta thấy
(xem Thuật toán 9.7).
Xét hai cơ sở
và của không gian véctơ như
trong Ví dụ 13.9. Ta có
Để tính ta cần giải ba hệ phương trình
Các hệ phương trình có cùng ma
trận hệ số là và ta biến đổi ma trận mở rộng về dạng bậc
thang rút gọn đồng thời cho 3 hệ và có
Suy ra
Hơn nữa, để tính
, ta có , do vậy
Tổng quát hóa hai ví dụ trên ta có tính chất sau.
Cho và
là hai cơ sở của
không gian véctơ . Khi đó các ma trận chuyển cơ sở thỏa mãn
Trong không gian , các hệ véctơ
và
là các cơ sở của .
Ta có biểu diễn
nên
Vậy ma trận chuyển cơ sở từ
sang là
Ma trận chuyển cơ sở từ sang là
trong , ta áp dụng Hệ quả 13.8, tức
là ta tính hệ véctơ tọa độ trong của hệ sinh của ứng với
cơ sở , sau đó tìm cơ sở của không gian sinh bởi hệ véctơ tọa
độ và suy ra cơ sở của . Chẳng hạn, xét không gian con trong
sinh bởi hệ véctơ
Khi đó, ta lập hệ véctơ tọa độ tương ứng
và không gian sinh bởi hệ trên. Một cơ sở
của là được tính bởi
bằng dòng lệnh sau:
Từ đây ta suy ra một cơ sở của là .
Tương tự đối với các không gian con trong .
Việc tìm véctơ tọa độ của một véctơ ứng với một cơ sở
cho trước của không gian thường đưa về việc giải hệ phương trình tuyến tính
và chúng ta có thể sử dụng để giải các hệ phương trình này.
Trong trường hợp với hai cơ sở và .
Để tìm ma trận chuyển cơ sở từ sang thì ta lập ma trận mở rộng và biến đổi
sơ cấp dòng về ma trận bậc thang rút gọn dạng . Khi đó và . Chẳng hạn, kết quả trong Ví
dụ 13.15 được tính với như sau:
dòng lệnh trên đưa ra ma trận bậc thang rút gọn tương đương với với
Do đó lệnh
đưa ra ma trận chuyển cơ sở từ
sang .
13.1. Tọa độ của véctơ ứng với cơ sở cho trước
Cho
- Véctơ tọa độ
phụ thuộc vào thứ tự của các véctơ trong cơ sở của~ . Từ đây về sau "cơ sở" luôn được giả thiết là cơ sở có thứ tự. -
Với
, ta có với nằm ở vị trí thứ .
-
nếu và chỉ nếu . -
là hệ độc lập tuyến tính trong nếu và chỉ nếu là hệ độc lập tuyến tính trong .
13.2. Ma trận chuyển cơ sở
Trong không gian
- Ma trận vuông cấp
được gọi là ma trận chuyển cơ sở từ sang . -
Công thức
được gọi là giữa và .
Comments
Post a Comment