2: Вектори
Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість:
- визначити вектор
- додавання і віднімання векторів,
- знайти лінійні комбінації векторів і їх зв'язок з сукупністю рівнянь,
- пояснити, що означає мати лінійно незалежний набір векторів, і
- знайти ранг набору векторів.
Що таке вектор?
Вектор - це сукупність чисел в певному порядку. Якщо це сукупністьn чисел, то її називаютьn -мірним вектором. Отже, вектор,\overrightarrow{A} заданий
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} \begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \end{matrix} \\ \begin{matrix} \vdots \\ a_{n} \\ \end{matrix} \\ \end{bmatrix} \notag
n-вимірний вектор стовпця зn компонентами,a_{1},a_{2},......,a_{n}. Вище наведено вектор-стовпчик. Вектор рядка\lbrack B\rbrack має вигляд,\overrightarrow{B} = \lbrack b_{1},b_{2},....,b_{n}\rbrack де\overrightarrow{B} єn -мірним рядковим вектором зn компонентамиb_{1},b_{2},....,b_{n}.
Наведіть приклад тривимірного вектора стовпця.
Рішення
Припустимо, що точка в просторі задається її(x,y,z) координатами. Тоді якщо значенняx = 3,\ y = 2,\ z = 5, то вектор стовпця, відповідний розташуванню точок
\begin{bmatrix} x \\ y \\ z \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 3 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix} \notag
Коли два вектори рівні?
Два\overrightarrow{B} вектори\overrightarrow{A} і рівні, якщо вони однакової розмірності і якщо їх відповідні складові рівні.
Враховується
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \vdots \\ a_{n} \\ \end{bmatrix}\notag
і
\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \vdots \\ b_{n} \\ \end{bmatrix}\notag
то\overrightarrow{A} = \overrightarrow{B} якщоa_{i} = b_{i},\ \ i = 1,2,......,n.
Які значення невідомих компонентів в\overrightarrow{B} if
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 2 \\ 3 \\ 4 \\ 1 \\ \end{bmatrix}\notag
і
\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} b_{1} \\ 3 \\ 4 \\ b_{4} \\ \end{bmatrix}\notag
і\overrightarrow{A} = \overrightarrow{B}.
Рішення
b_{1} = 2,b_{4} = 1\notag
Як додати два вектори?
Два вектори можуть бути додані тільки в тому випадку, якщо вони мають однакову розмірність, а додавання задається
\begin{split} \lbrack A\rbrack + \lbrack B\rbrack &= \begin{bmatrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \vdots \\ a_{n} \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \vdots \\ b_{n} \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} a_{1} + b_{1} \\ a_{2} + b_{2} \\ \vdots \\ a_{n} + b_{n} \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
Додайте два вектори
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 2 \\ 3 \\ 4 \\ 1 \\ \end{bmatrix}\notag
і
\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 5 \\ - 2 \\ 3 \\ 7 \\ \end{bmatrix}\notag
Рішення
\begin{split} \overrightarrow{A} + \overrightarrow{B} &= \begin{bmatrix} 2 \\ 3 \\ 4 \\ 1 \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 5 \\ - 2 \\ 3 \\ 7 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 2 + 5 \\ 3 - 2 \\ 4 + 3 \\ 1 + 7 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 7 \\ 1 \\ 7 \\ 8 \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
У магазині продаються три марки шин: Tirestone, Michigan і Copper. У 1 кварталі продажі задаються вектором стовпця
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 5 \\ 6 \\ \end{bmatrix}\notag
де ряди представляють три марки проданих шин — Tirestone, Michigan і Copper відповідно. У 2 кварталі продажі подаються по
{\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 20 \\ 10 \\ 6 \\ \end{bmatrix}\notag
Який загальний обсяг продажу кожної марки шин в першому півріччі?
Рішення
Загальний обсяг продажів буде надано
\begin{split} \overrightarrow{C} &= {\overrightarrow{A}}_{1} + {\overrightarrow{A}}_{2}\\ &= \begin{bmatrix} 25 \\ 5 \\ 6 \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 20 \\ 10 \\ 6 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 25 + 20 \\ 5 + 10 \\ 6 + 6 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 45 \\ 15 \\ 12 \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
Так, кількість проданих шин Tirestone становить 45, Мічиган - 15, а Мідь - 12 в першому півріччі.
Що таке нульовий вектор?
Нульовий вектор (також званий нульовим вектором) - це місце, де всі компоненти вектора дорівнюють нулю.
Наведіть приклад нульового вектора або нульового вектора.
Рішення
Вектор
\begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
є прикладом нульового або нульового вектора.
Що таке одиничний вектор?
Одиничний вектор\overrightarrow{U} визначається як
\overrightarrow{U} = \begin{bmatrix} u_{1} \\ u_{2} \\ \vdots \\ u_{n} \\ \end{bmatrix}\notag
де
\sqrt{u_{1}^{2} + u_{2}^{2} + u_{3}^{2} + \ldots + u_{n}^{2}} = 1\notag
Наведіть приклади тривимірних одиничних векторів-стовпців.
Рішення
Приклади включають
\begin{bmatrix} \frac{1}{\sqrt{3}} \\ \frac{1}{\sqrt{3}} \\ \frac{1}{\sqrt{3}} \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \frac{1}{\sqrt{2}} \\ 0 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \\ \end{bmatrix},\ \text{etc}.\notag
Як помножити вектор на скаляр?
Якщоk є скалярним і\overrightarrow{A} єn -мірним вектором, то
\begin{split} k\overrightarrow{A} &= k\begin{bmatrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \vdots \\ a_{n} \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} ka_{1} \\ ka_{2} \\ \vdots \\ ka_{n} \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
Що таке,2\overrightarrow{A} якщо
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 25 \\ 20 \\ 5 \\ \end{bmatrix}\notag
Рішення
\begin{split} 2\overrightarrow{A} &= 2\begin{bmatrix} 25 \\ 20 \\ 5 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 2 \times 25 \\ 2 \times 20 \\ 2 \times 5 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 50 \\ 40 \\ 10 \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
У магазині продаються три марки шин: Tirestone, Michigan і Copper. У 1 кварталі продажі задаються вектором стовпця
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 25 \\ 25 \\ 6 \\ \end{bmatrix}\notag
Якщо мета полягає в тому, щоб збільшити продажі всіх шин мінімум на 25% в наступному кварталі, скільки кожної марки має бути продано?
Рішення
Оскільки мета полягає в тому, щоб збільшити продажі на 25%, можна було б помножити\overrightarrow{A} вектор на 1,25,
\begin{split} \overrightarrow{B} &= 1.25\begin{bmatrix} 25 \\ 25 \\ 6 \\ \end{bmatrix}\\ &= \begin{bmatrix} 31.25 \\ 31.25 \\ 7.5 \\ \end{bmatrix} \end{split}\notag
Так як кількість шин має бути цілим числом, можна сказати, що метою продажів є
\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 32 \\ 32 \\ 8 \\ \end{bmatrix}\notag
Що ви маєте на увазі під лінійною комбінацією векторів?
Враховується
{\overrightarrow{A}}_{1},{\overrightarrow{A}}_{2},......,{\overrightarrow{A}}_{m}\notag
якm вектори однакової розмірностіn, аk_{1},k_{2},...,k_{m} якщо скаляри, то
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + ....... + k_{m}{\overrightarrow{A}}_{m}\notag
являє собою лінійну комбінаціюm векторів.
Знайти лінійні комбінації
(а)\ \overrightarrow{A} - \overrightarrow{B}\ \text{and}
(б)\ \overrightarrow{A} + \overrightarrow{B} - 3\overrightarrow{C}
де
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 2 \\ 3 \\ 6 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{C} = \begin{bmatrix} 10 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix}\notag
Рішення
(a)\ почати {спліт}\\ overrightarrow {A} -\ переправа стрілка {B} &=\ почати {bmatrix} 2\\ 3\\ 6\\ кінець {bmatrix} -\ begin {bmatrix} 1\\ 2\\ кінець {bmatrix}\\\ =\ почати {bmatrix} 2 - 1\\ 3 - 1\\\\ кінець {bmatrix}\\\ кінець {bmatrix}\\ &=\ почати {bmatrix} 1\\ 2\\ 4\\ кінець {bmatrix}\ кінець {спліт}
(b)\ почати {спліт}\\ переправа стрілка {A} +\ переправа стрілка {B} - 3\ переправа стрілка {C} &=\ почати {bmatrix} 2\\ 3\\ 6\\ кінець {bmatrix} +\ почати {bmatrix} 1\\ 2\\ кінець {bmatrix} - 3\ begin {bmatrix} 10\\\ 1\\ 2\\\ кінець {bmatrix}\\ &=\ почати {bmatrix} 2 + 1 - 30\\ 3 + 1 - 3\ 6 + 2 - 6\\ кінець {bmatrix}\\ & ; =\ почати {bmatrix} - 27\\ 1\\ 2\\\ кінець {bmatrix}\ кінець {спліт}
Що ви маєте на увазі під лінійно незалежними векторами?
Безліч{\overrightarrow{A}}_{1},{\overrightarrow{A}}_{2},\ldots,{\overrightarrow{A}}_{m} векторів вважається лінійно незалежним, якщо
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + ....... + k_{m}{\overrightarrow{A}}_{m} = \overrightarrow{0}\notag
має лише одне рішення
k_{1} = k_{2} = ...... = k_{m} = 0\notag
Три вектори
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 144 \\ \end{bmatrix},\ \ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 12 \\ \end{bmatrix},\ \ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix}\notag
лінійно незалежний?
Рішення
Написання лінійної комбінації трьох векторів
k_{1}\begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 144 \\ \end{bmatrix} + k_{2}\begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 12 \\ \end{bmatrix} + k_{3}\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
дає
\begin{bmatrix} 25k_{1} + 5k_{2} + k_{3} \\ 64k_{1} + 8k_{2} + k_{3} \\ 144k_{1} + 12k_{2} + k_{3} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
Наведені вище рівняння мають тільки одне рішення,k_{1} = k_{2} = k_{3} = 0. Однак як ми покажемо, що це єдине рішення? Це показано нижче.
Наведені вище рівняння є
25k_{1} + 5k_{2} + k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(1)\notag
64k_{1} + 8k_{2} + k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(2)\notag
144k_{1} + 12k_{2} + k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(3)\notag
Віднімання Ean (1) з Ean (2) дає
39k_{1} + 3k_{2} = 0\notag
k_{2} = - 13k_{1} \;\;\;\;\;\;\;(4)\notag
Множення Eqn (1) на 8 і віднімання його з Eqn (2), який спочатку помножений на 5 дає
120k_{1} - 3k_{3} = 0\notag
k_{3} = 40k_{1} \;\;\;\;\;\;\;(5)\notag
Пам'ятайте, що ми знайшли Ean (4) і Ean (5) тільки від Eans (1) і (2).
Заміна Eqn (4) і (5) в Eqn (3) дляk_{1} іk_{2} дає
144k_{1} + 12( - 13k_{1}) + 40k_{1} = 0\notag
28k_{1} = 0\notag
k_{1} = 0\notag
Це означає, щоk_{1} має бути нульовим, і з'єднаним з (4) і (5),k_{2} аk_{3} також нулем. Тож єдиним рішенням єk_{1} = k_{2} = k_{3} = 0. Отже, три вектори лінійно незалежні.
Три вектори
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 2 \\ 5 \\ 7 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 6 \\ 14 \\ 24 \\ \end{bmatrix}\notag
лінійно незалежний?
Рішення
За допомогою інспекції,
{\overrightarrow{A}}_{3} = 2{\overrightarrow{A}}_{1} + 2{\overrightarrow{A}}_{2}\notag
або
- 2{\overrightarrow{A}}_{1} - 2{\overrightarrow{A}}_{2} + {\overrightarrow{A}}_{3} = \overrightarrow{0}\notag
Отже, лінійна комбінація
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + k_{3}{\overrightarrow{A}}_{3} = \overrightarrow{0}\notag
має ненульове рішення
k_{1} = - 2,\ k_{2} = - 2,\ k_{3} = 1\notag
Значить, набір векторів лінійно залежить.
Що робити, якщо я не можу довести інспекцією, що робити? Поставте лінійну комбінацію трьох векторів, рівних нульовому вектору,
k_{1}\begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix} + k_{2}\begin{bmatrix} 2 \\ 5 \\ 7 \\ \end{bmatrix} + k_{3}\begin{bmatrix} 6 \\ 14 \\ 24 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
подарувати
k_{1} + 2k_{2} + 6k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(1)\notag
2k_{1} + 5k_{2} + 14k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(2)\notag
5k_{1} + 7k_{2} + 24k_{3} = 0 \;\;\;\;\;\;\;(3)\notag
Множення Eqn (1) на 2 та віднімання з Eqn (2) дає
k_{2} + 2k_{3} = 0\notag
k_{2} = - 2k_{3} \;\;\;\;\;\;\;(4)\notag
Множення Eqn (1) на 2.5 та віднімання з Eqn (2) дає
- 0.5k_{1} - k_{3} = 0\notag
k_{1} = - 2k_{3} \;\;\;\;\;\;\;(5)\notag
Пам'ятайте, що ми знайшли Ean (4) і Ean (5) тільки від Eans (1) і (2).
Замініть Eqn (4) і (5) на Eqn (3) дляk_{1} іk_{2} дає
5\left( - 2k_{3} \right) + 7\left( - 2k_{3} \right) + 24k_{3} = 0\notag
- 10k_{3} - 14k_{3} + 24k_{3} = 0\notag
0 = 0\notag
Це означає, що будь-які значення, що задовольняють Eqns (4) і (5) будуть задовольняти Eqns (1), (2) і (3) одночасно.
Наприклад, вибрав
k_{3} = 6, потім
k_{2} = - 12від Ean (4), а
k_{1} = - 12від Еана (5).
Звідси ми маємо нетривіальне рішення\begin{bmatrix} k_{1} & k_{2} & k_{3} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} - 12 & - 12 & 6 \\ \end{bmatrix}. Це означає, що три задані вектори лінійно залежні. Чи можете ви знайти інше нетривіальне рішення?
А як щодо наступних трьох векторів?
\begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 2 \\ 5 \\ 7 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 6 \\ 14 \\ 25 \\ \end{bmatrix}\notag
Вони лінійно залежні або лінійно незалежні?
Зауважте, що єдиною відмінністю цього набору векторів від попереднього є третій запис у третьому векторі. Отже, рівняння (4) та (5) залишаються дійсними. Який висновок ви робите, коли вставляєте рівняння (4) та (5) у третьому рівнянні:5k_{1} + 7k_{2} + 25k_{3} = 0? Що змінилося?
Три вектори
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 89 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 13 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix}\notag
лінійно незалежний?
Рішення
Запис лінійної комбінації трьох векторів і прирівнювання до нульового вектора
k_{1}\begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 89 \\ \end{bmatrix} + k_{2}\begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 13 \\ \end{bmatrix} + k_{3}\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
дає
\begin{bmatrix} 25k_{1} + 5k_{2} + k_{3} \\ 64k_{1} + 8k_{2} + k_{3} \\ 89k_{1} + 13k_{2} + 2k_{3} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
Крім тогоk_{1} = k_{2} = k_{3} = 0, можна знайти і інші рішення, дляk_{1},\ k_{2},\ k_{3} яких не рівні нулю. Наприклад,k_{1} = 1,\ k_{2} = - 13,\ k_{3} = 40 це також рішення, як
1\begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 89 \\ \end{bmatrix} - 13\begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 13 \\ \end{bmatrix} + 40\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ \end{bmatrix}\notag
Отже{\overrightarrow{A}}_{1},\ \ {\overrightarrow{A}}_{2},\ \ {\overrightarrow{A}}_{3}, лінійно залежні.
Що ви маєте на увазі під рангом набору векторів?
З безлічіn -мірних векторів максимальна кількість лінійно незалежних векторів в множині називається рангом множини векторів. Зауважте, що ранг векторів ніколи не може бути більшим за розмірність векторів.
Що таке ранг
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 144 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 12 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix}?\notag
Рішення
Оскільки ми знайшли в прикладі 2.10,{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3} які лінійно незалежні, ранг множини векторів{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3} дорівнює 3. Якби нам дали інший вектор{\overrightarrow{A}}_{4}, ранг множини векторів все одно становив{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3},{\overrightarrow{A}}_{4} би 3, оскільки ранг набору векторів завжди менше або дорівнює розмірності векторів і{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3} які принаймні лінійно незалежні.
Що таке ранг
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 89 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 13 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix}?\notag
Рішення
У прикладі 2.12 ми виявили, що{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3} лінійно{\overrightarrow{A}}_{1},\ {\overrightarrow{A}}_{2},\ {\overrightarrow{A}}_{3} залежні, ранг, отже, не 3, а менше 3. Це 2? Давайте виберемо два з трьох векторів
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 89 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 13 \\ \end{bmatrix}\notag
Лінійна комбінація{\overrightarrow{A}}_{1} і{\overrightarrow{A}}_{2} дорівнює нулю має лише одне рішення — тривіальне рішення. Тому ранг дорівнює 2.
Що таке ранг
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 2 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} 2 \\ 2 \\ 4 \\ \end{bmatrix},\ {\overrightarrow{A}}_{3} = \begin{bmatrix} 3 \\ 3 \\ 5 \\ \end{bmatrix}?\notag
Рішення
З огляду,
{\overrightarrow{A}}_{2} = 2{\overrightarrow{A}}_{1},\notag
що має на увазі
2{\overrightarrow{A}}_{1} - {\overrightarrow{A}}_{2} + 0{\overrightarrow{A}}_{3} = \overrightarrow{0}\notag
Звідси
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + k_{3}{\overrightarrow{A}}_{3} = \overrightarrow{0}\notag
має нетривіальне рішення.
Отже{\overrightarrow{A}}_{1},\ \ {\overrightarrow{A}}_{2},\ \ {\overrightarrow{A}}_{3}, лінійно залежні, а отже, ранг трьох векторів не 3. Так як
{\overrightarrow{A}}_{2} = 2{\overrightarrow{A}}_{1},\notag
{\overrightarrow{A}}_{1}\text{ and }{\overrightarrow{A}}_{2}лінійно залежні, але
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{3}{\overrightarrow{A}}_{3} = \overrightarrow{0}.\notag
має тривіальне рішення як єдине рішення. Так{\overrightarrow{A}}_{1} і{\overrightarrow{A}}_{3} є лінійно незалежними. Ранг перерахованих вище трьох векторів - 2.
Довести, що якщо набір векторів містить нульовий вектор, множина векторів лінійно залежить.
{\overrightarrow{A}}_{1},{\overrightarrow{A}}_{2},.........,{\overrightarrow{A}}_{m}Дозволяти набірn -мірних векторів, то
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + \ \ldots\ + k_{m}{\overrightarrow{A}}_{m} = \overrightarrow{0}\notag
лінійна комбінація m векторів. Тоді припускаючи,{\overrightarrow{A}}_{1} що нульовий або нульовий вектор, будь-яке значенняk_{1} пов'язаного зk_{2} = k_{3} = \ ..\ .\ = k_{m} = 0 задовольнить вищевказане рівняння. Отже, множина векторів є лінійно залежною, оскільки існує більше одного розв'язку.
Довести, що якщо множина m векторів лінійно незалежна, то підмножина m векторів також повинна бути лінійно незалежною.
Нехай ця підмножина векторів буде
{\overrightarrow{A}}_{a1},{\overrightarrow{A}}_{a2},\ldots,{\overrightarrow{A}}_{\text{ap}}\notag
деp < m.
Тоді, якщо ця підмножина векторів лінійно залежить, лінійна комбінація
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{a1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{a2} + \ldots + k_{p}{\overrightarrow{A}}_{\text{ap}} = \overrightarrow{0}\notag
має нетривіальне рішення.
Так
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{a1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{a2} + \ldots + k_{p}{\overrightarrow{A}}_{\text{ap}} + 0{\overrightarrow{A}}_{a(p + 1)} + ....... + 0{\overrightarrow{A}}_{\text{am}} = \overrightarrow{0}\notag
також має нетривіальне рішення теж, де{\overrightarrow{A}}_{a\left( p + 1 \right)},\ldots,{\overrightarrow{A}}_{\text{am}} знаходяться інші(m - p) вектори. Однак це протиріччя. Тому підмножина лінійно незалежних векторів не може бути лінійно залежною.
Доведіть, що якщо набір векторів лінійно залежить, то принаймні один вектор може бути записаний як лінійна комбінація інших.
{\overrightarrow{A}}_{1},{\overrightarrow{A}}_{2},\ldots,{\overrightarrow{A}}_{m}Дозволяти лінійно залежним множиною векторів, тоді існує набір скалярів
k_{1},\ldots,k_{m}не всі з яких дорівнюють нулю для лінійного комбінаційного рівняння
k_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + k_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + \ldots + k_{m}{\overrightarrow{A}}_{m} = \overrightarrow{0}.\notag
k_{p}Дозволяти бути одним з ненульових значеньk_{i},\ i = 1,\ldots,m, тобтоk_{p} \neq 0, то
A_{p} = - \frac{k_{2}}{k_{p}}{\overrightarrow{A}}_{2} - \ \ldots\ - \frac{k_{p - 1}}{k_{p}}{\overrightarrow{A}}_{p - 1} - \frac{k_{p + 1}}{k_{p}}{\overrightarrow{A}}_{p + 1} - \ \ldots\ - \frac{k_{m}}{k_{p}}{\overrightarrow{A}}_{m}\notag
і це доводить теорему.
Довести, що якщо розмірність множини векторів менше, ніж кількість векторів у множині, то множина векторів лінійно залежить.
Чи можете ви це довести?
Як можна використовувати вектори для запису одночасних лінійних рівнянь?
Якщо набірm одночасних лінійних рівнянь зn невідомими записується як
a_{11}x_{1} + \ \ldots\ + a_{1n}x_{n} = c_{1}\notag
a_{21}x_{1} + \ \ldots\ + a_{2n}x_{n} = c_{2}\notag
\begin{matrix} \vdots & & & \vdots \\ \vdots & & & \vdots \\ \end{matrix}\notag
a_{m1}x_{1} + \ \ldots\ + a_{\text{mn}}x_{n} = c_{n}\notag
де
x_{1},x_{2},\ldots,x_{n}є невідомими, то в векторних позначеннях їх можна записати як
x_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + x_{2}{\overrightarrow{A}}_{2} + \ldots + x_{n}{\overrightarrow{A}}_{n} = \overrightarrow{C}\notag
де
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} a_{11} \\ \vdots \\ a_{m1} \\ \end{bmatrix}\notag
де
{\overrightarrow{A}}_{1} = \begin{bmatrix} a_{11} \\ \vdots \\ a_{m1} \\ \end{bmatrix}\notag
{\overrightarrow{A}}_{2} = \begin{bmatrix} a_{12} \\ \vdots \\ a_{m2} \\ \end{bmatrix}\notag
{\overrightarrow{A}}_{n} = \begin{bmatrix} a_{1n} \\ \vdots \\ a_{\text{mn}} \\ \end{bmatrix}\notag
{\overrightarrow{C}}_{1} = \begin{bmatrix} c_{1} \\ \vdots \\ c_{m} \\ \end{bmatrix}\notag
Тепер проблема стає, чи можна знайти скаляриx_{1},x_{2},.....,x_{n} такі, що лінійна комбінація
x_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + .......... + x_{n}{\overrightarrow{A}}_{n}\notag
дорівнює тому\overrightarrow{C}, що
x_{1}{\overrightarrow{A}}_{1} + .......... + x_{n}{\overrightarrow{A}}_{n} = \overrightarrow{C}\notag
Напишіть
25x_{1} + 5x_{2} + x_{3} = 106.8\notag
64x_{1} + 8x_{2} + x_{3} = 177.2\notag
144x_{1} + 12x_{2} + x_{3} = 279.2\notag
як лінійна комбінація множини векторів, рівних іншому вектору.
Рішення
\begin{bmatrix} 25x_{1} & + 5x_{2} & + x_{3} \\ 64x_{1} & + 8x_{2} & + x_{3} \\ 144x_{1} & + 12x_{2} & + x_{3} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 106.8 \\ 177.2 \\ 279.2 \\ \end{bmatrix}\notag
x_{1}\begin{bmatrix} 25 \\ 64 \\ 144 \\ \end{bmatrix} + x_{2}\begin{bmatrix} 5 \\ 8 \\ 12 \\ \end{bmatrix} + x_{3}\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 106.8 \\ 177.2 \\ 279.2 \\ \end{bmatrix}\notag
Яке визначення точкового добутку двох векторів?
\overrightarrow{B} = \left\lbrack b_{1},b_{2},\ldots,b_{n} \right\rbrackДозволяти\overrightarrow{A} = \left\lbrack a_{1},a_{2},\ldots,a_{n} \right\rbrack і бути двома n -мірними векторами. Потім крапковий добуток двох векторів\overrightarrow{A} і\overrightarrow{B} визначається як
\overrightarrow{A} \cdot \overrightarrow{B} = a_{1}b_{1} + a_{2}b_{2} + \ldots + a_{n}b_{n} = \sum_{i = 1}^{n}{a_{i}b_{i}}\notag
Точковий твір ще називають внутрішнім твором.
Знайти точковий добуток двох векторів\overrightarrow{A} =[4, 1, 2, 3] і\overrightarrow{B} =[3, 1, 7, 2].
Рішення
\begin{split} \overrightarrow{A} \cdot \overrightarrow{B} &= \lbrack 4,1,2,3\rbrack\ .\ \lbrack 3,1,7,2\rbrack\\ &= \left( 4 \right)\left( 3 \right) + \left( 1 \right)\left( 1 \right) + \left( 2 \right)\left( 7 \right) + \left( 3 \right)\left( 2 \right)\\ &= 33 \end{split}\notag
Лінійка продуктів потребує трьох видів гуми, як зазначено в таблиці нижче.
Гумовий тип | Вага (фунти) | Вартість за фунт ($) |
---|---|---|
A Б C |
200 250 310 |
20.23 30.56 29.12 |
Використовуйте визначення точкового продукту, щоб знайти загальну ціну необхідної гуми.
Рішення
Вектор ваги задається
\overrightarrow{W} = \lbrack 200,250,310\rbrack\notag
а вектор вартості задається
\overrightarrow{C} = \lbrack 20.23,30.56,29.12\rbrack\notag
Загальна вартість гуми буде точковим добутком\overrightarrow{W} і\overrightarrow{C}.
\begin{split} \overrightarrow{W} \cdot \overrightarrow{C} &= \lbrack 200,250,310\rbrack \cdot \lbrack 20.23,30.56,29.12\rbrack\\ &= (200)(20.23) + (250)(30.56) + (310)(29.12)\\ &= 4046 + 7640 + 9027.2\\ &= \text{\$} 20713.20 \end{split}\notag
Вектори Вікторина
Набір рівнянь
4x_{1} + 7x_{2} + 11x_{3} = 13\notag
17x_{1} + 39x_{2} + 23x_{3} = 31\notag
13x_{1} + 67x_{2} + 59x_{3} = 37\notag
також можна записати як
(А)x_{1}\begin{bmatrix} 4 \\ 17 \\ 13 \\ \end{bmatrix} + x_{2}\begin{bmatrix} 7 \\ 39 \\ 23 \\ \end{bmatrix} + x_{3}\begin{bmatrix} 11 \\ 23 \\ 59 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 13 \\ 31 \\ 37 \\ \end{bmatrix}
(Б)4\begin{bmatrix} x_{1} \\ x_{2} \\ x_{3} \\ \end{bmatrix} + 39\begin{bmatrix} x_{1} \\ x_{2} \\ x_{3} \\ \end{bmatrix} + 59\begin{bmatrix} x_{1} \\ x_{2} \\ x_{3} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 13 \\ 31 \\ 37 \\ \end{bmatrix}
(С)x_{1}\begin{bmatrix} 4 \\ 7 \\ 11 \\ \end{bmatrix} + x_{2}\begin{bmatrix} 17 \\ 39 \\ 23 \\ \end{bmatrix} + x_{3}\begin{bmatrix} 13 \\ 67 \\ 59 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 13 \\ 31 \\ 37 \\ \end{bmatrix}
(D)x_{1}\begin{bmatrix} 13 \\ 17 \\ 4 \\ \end{bmatrix} + x_{2}\begin{bmatrix} 67 \\ 39 \\ 7 \\ \end{bmatrix} + x_{3}\begin{bmatrix} 59 \\ 23 \\ 11 \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 57 \\ 13 \\ 31 \\ \end{bmatrix}
Величина вектора,V = (5, - 3,2) дорівнює
(А)4
(Б)10
(С)\sqrt{38}
(D)\sqrt{20}
ранг вектора
\overset{\rightarrow}{A}\begin{bmatrix} 2 \\ 3 \\ 7 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 6 \\ 9 \\ 21 \\ \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 3 \\ 2 \\ 7 \\ \end{bmatrix}\notag
є
(А)1
(Б)2
(С)3
(D)4
Якщо\overrightarrow{A} = (5,2,3) і\overrightarrow{B} = (6, - 7,3), то4\overrightarrow{A} + 5\overrightarrow{B} є
(А)(50, - 5,6)
(Б)(50, - 27,27)
(С)(11, - 5,6)
(D)(20,8,12)
Точковий добуток двох векторів\overset{\rightarrow}{A} і\overset{\rightarrow}{B}
\overset{\rightarrow}{A} = 3i + 5j + 7k\notag
\overset{\rightarrow}{B} = 11i + 13j + 17k\notag
більшість майже є
(А)14.80
(Б)33.00
(С)56.00
(D)217.0
Кут в градусах між двома векторами\overrightarrow{u} і\overrightarrow{v}
\overset{\rightarrow}{u} = 3i + 5j + 7k\notag
\overset{\rightarrow}{v} = 11i + 13j + 17k\notag
більшість майже є
(А)8.124
(Б)11.47
(С)78.52
(D)81.88
Вектори вправи
Для
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 2 \\ 9 \\ - 7 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 3 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{C} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix}
знайти\overrightarrow{A} + \overrightarrow{B} і2\overrightarrow{A} - 3\overrightarrow{B} + \overrightarrow{C}.
- Відповідь
-
\begin{bmatrix} 5 \\ 11 \\ - 2 \\ \end{bmatrix};\begin{bmatrix} - 4 \\ 13 \\ - 28 \\ \end{bmatrix}
Є
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{C} = \begin{bmatrix} 1 \\ 4 \\ 25 \\ \end{bmatrix}
лінійно незалежний?.
Який ранг вищевказаного набору векторів?
- Відповідь
-
3
Додайте сюди текст вправ.
Є
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{C} = \begin{bmatrix} 3 \\ 5 \\ 7 \\ \end{bmatrix}
лінійно незалежний?.
Який ранг вищевказаного набору векторів?
- Відповідь
-
3
Є
\overrightarrow{A} = \begin{bmatrix} 1 \\ 2 \\ 5 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{B} = \begin{bmatrix} 2 \\ 4 \\ 10 \\ \end{bmatrix},\overrightarrow{C} = \begin{bmatrix} 1.1 \\ 2.2 \\ 5.5 \\ \end{bmatrix}
лінійно незалежний?
Який ранг вищевказаного набору векторів?
- Відповідь
-
Ні; 1
Якщо набір векторів містить нульовий вектор, множина векторів лінійно
- Незалежний
- Залежний?
- Відповідь
-
Б
Якщо набір векторів лінійно незалежний, підмножина векторів лінійно
- Незалежний.
- Залежний.
- Відповідь
-
A
Якщо набір векторів лінійно залежний, то
- Принаймні один вектор можна записати як лінійну комбінацію інших.
- Принаймні один вектор є нульовим вектором.
- Відповідь
-
A
Якщо розмірність множини векторів менше кількості векторів у множині, то множина векторів лінійно
- Залежний.
- Незалежний.
- Відповідь
-
A
Знайти точковий добуток\overrightarrow{A} = (2,1,2.5,3) і\overrightarrow{B} = ( - 3,2,1,2.5)
- Відповідь
-
6
Якщо\overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w} три ненульових вектора 2-вимірності, то
- \overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w}лінійно незалежні
- \overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w}лінійно залежні
- \overrightarrow{u},\overrightarrow{v},\overrightarrow{w}є одиничними векторами
- k_{1}\overrightarrow{u} + k_{2}\overrightarrow{v} + k_{3}\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}має унікальне рішення.
- Відповідь
-
Б
\overrightarrow{u}і\overrightarrow{v} є двома ненульовими векторами розмірностіn. Доведіть, що якщо\overrightarrow{u} і\overrightarrow{v} лінійно залежні, існує скалярнийq такий, що\overrightarrow{v} = q\overrightarrow{u}.
- Відповідь
-
Підказка:
Почніть зk_{1}\overrightarrow{u} + k_{2}\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}
Покажіть, щоk_{1} \neq 0 іk_{2} \neq 0 тому\overrightarrow{v},\overrightarrow{u} і є ненульовими.
Звідси
\begin{split} \overrightarrow{\nu} &= - \frac{k_{1}}{k_{2}}\overrightarrow{u}\\ &=q\overrightarrow{u} \;\;\;\;\;\;\;\ q=- \frac{k_{1}}{k_{2}} \end{split}
\overrightarrow{u}і\overrightarrow{v} є двома ненульовими векторами розмірностіn. Доведіть, що якщо є скалярнийq такий\overrightarrow{v} = q\overrightarrow{u}, що, то\overrightarrow{u} і\overrightarrow{v} лінійно залежать.
- Відповідь
-
Підказка:
Так як
\begin{matrix} \overrightarrow{v} = q\overrightarrow{u} \\ \overrightarrow{v} - q\overrightarrow{u} = \overrightarrow{0} \\ \end{matrix}
q \neq 0, інакше\overrightarrow{v} = \overrightarrow{0}
Отже, рівняння
k_{1}\overrightarrow{v} + k_{2}\overrightarrow{u} = \overrightarrow{0}\notag
має нетривіальне рішення
k_{1} = 1,k_{2} = q \neq 0.\notag