Esercizio 9base, coordinate e somma diretta in R4
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Testo (1° compitino, 10 aprile 2026, esercizio 1). In sia il sottospazio generato dai vettori , , .
- (a) Verificare che è una base di . Quali sono le coordinate del vettore nella base ?
- (b) Sia il sottospazio di equazioni , . Trovare la dimensione e una base di .
- (c) Trovare una base di e una base di .
- (d) Trovare una base di un sottospazio tale che .
(a) è una base di ; coordinate di
Base
generano per definizione; resta da vedere se sono indipendenti. Si riducono a scala le righe (il numero di righe non nulle è la dimensione del sottospazio generatoLe operazioni elementari sulle righe non cambiano il sottospazio generato e le righe non nulle di una matrice a scala sono indipendenti.Metodo - basi, equazioni cartesiane, intersezione e somma di sottospazi →):
(Si sceglie per annullare il sotto il primo : ; la terza riga ha già in prima colonna e resta com'è. Poi annulla il sotto il : .)
Tre righe non nulle: il sottospazio generato ha dimensione , quindi i tre generatori sono indipendenti (se fossero dipendenti, si potrebbe toglierne uno e avrebbe dimensione ). è una base di e .
Coordinate
Le coordinateRispetto a una base, ogni vettore si scrive in modo unico come combinazione lineare dei vettori di base: i coefficienti sono le sue coordinate.Generatori e basi → di un vettore rispetto a sono i coefficienti dell'unica combinazione dei vettori di che lo dà. Il vettore è già scritto come combinazione:
quindi le sue coordinate in sono . Non vanno confuse con le sue componenti in , che sono (coordinate rispetto alla base canonica).
(b) Dimensione e base di
Dalla seconda ; nella prima , cioè . Le incognite libere sono e : non compare in nessuna equazione, quindi può valere qualsiasi cosa.
(4 incognite, 2 equazioni indipendenti). Base, ponendo a turno una libera uguale a :
| , | vettore | |
|---|---|---|
Verifica: : , ✓; : entrambe ✓.
(c) Intersezione e somma
è dato con una base, con equazioni: si prende il vettore generico di e si impone che soddisfi le equazioni di .
(Componente per componente: la prima è , la seconda , e così via.)
Prima equazione di :
Seconda equazione:
Dalla seconda ; nella prima , cioè , e allora .
Le soluzioni sono : un parametro libero. Poiché sono una base, a soluzioni diverse corrispondono vettori diversi, quindi . Con :
Verifica: soddisfa le equazioni di (è proprio ) ✓.
Grassmanndim(U + W) = dim U + dim W − dim(U ∩ W).Formula di Grassmann e somma diretta →: , quindi e una base è la base canonica .
(d) Un con
Cosa serve
significa e (somma direttaLa somma di due sottospazi è diretta quando la loro intersezione contiene solo il vettore nullo; allora dim(U ⊕ W) = dim U + dim W.Formula di Grassmann e somma diretta →). Per Grassmann allora , cioè
Basta quindi un sottospazio di dimensione 2, contenuto in , con : allora e .
La scelta
sono indipendenti (fanno parte della base ), quindi , e .
Perché . Un vettore di sta in , quindi per il punto (c) è per qualche . Ma sta anche in , quindi è . Due scritture dello stesso vettore nella base :
Per l'unicità delle coordinate i coefficienti di coincidono: . Quindi il vettore è ✓.
Controllo alternativo: se , unendo una base di e una di si ottiene una base di (somma direttaIn una somma diretta l'unione delle basi dei due sottospazi è una base della somma.Formula di Grassmann e somma diretta →): devono essere 4 vettori indipendenti. Riduzione a scala delle quattro righe:
(; poi .) Quattro pivot, quindi 4 righe indipendenti ✓.
Altre scelte. Va bene qualunque coppia di vettori di indipendenti il cui piano non contenga : per esempio (stesso ragionamento sul coefficiente di ). Non va bene , che contiene .
Riepilogo
| Domanda | Risultato |
|---|---|
| (a) | , base; coordinate di : |
| (b) | , base |
| (c) | ; |
| (d) |
Errori comuni
- Dimenticare l'incognita che non compare ( in (b)): è libera e dà un vettore di base.
- Confondere coordinate in e componenti in nella domanda (a).
- In (d), scegliere di dimensione sbagliata, o un piano che contiene il vettore dell'intersezione.
Versione ripasso
Testo. In sia il sottospazio generato dai vettori , , .
- (a) Verificare che è una base di . Quali sono le coordinate del vettore nella base ?
- (b) Sia il sottospazio di equazioni , . Trovare la dimensione e una base di .
- (c) Trovare una base di e una base di .
- (d) Trovare una base di un sottospazio tale che .
(a) è una base di ; coordinate di
Base
Si verifica l'indipendenza riducendo a scala i vettori come righe (metodoLe righe non nulle di una matrice a scala sono una base del sottospazio generato.Metodo - basi, equazioni cartesiane, intersezione e somma di sottospazi →): 3 righe non nulle , quindi è base.
Coordinate
Per la definizione di coordinatei coefficienti dell'unica combinazione lineare che genera il vettoreGeneratori e basi →, il vettore ha coordinate rispetto alla base .
(b) Dimensione e base di
Sistema: e . Parametri liberi: .
- .
(c) Intersezione e somma
Si impone che il vettore generico soddisfi le eq. di :
- Risolvendo: . Ponendo , base .
Per Grassmanndim(U + W) = dim U + dim W − dim(U ∩ W).Formula di Grassmann e somma diretta →: . Essendo sottospazio di , .
(d) Un con
Serve tale che . Scelta: . Verifica: ; un vettore di ha coefficiente di nullo (coordinate uniche in ), quindi e . Non va bene , che contiene .
Riepilogo
| Domanda | Risultato |
|---|---|
| (a) | ; coordinate |
| (b) | ; base |
| (c) | ; |
| (d) |
Errori comuni
- Dimenticare l'incognita libera () in .
- Confondere coordinate (rispetto a ) e componenti (rispetto alla base canonica).
- Scegliere di dimensione errata o contenente vettori dell'intersezione.