2_glava_21_03
.docx

или

но
так как
,
то и:

а
следовательно они принадлежат одному
классу смежности, а класс
является нулевым элементом фактор
пространства.
Для доказательства остальных свойств нужно использовать тот факт, что определение суммы классов смежности и умножения класса смежности на число не зависит от выбора представителя, а представители классов смежности являются элементами линейного пространства.
Предложение
2.17.
Пусть М - линейное пространство, а
- некоторое его подпространство. Введем
следующее отношение
эквивалентности: два элемента
отнесем к одному классу эквивалентности,
если их разность принадлежит подпространству
,
то есть:
(2.25)
Доказательство 2.12. Легко проверить, что это отношение действительно удовлетворяет аксиомам отношения эквивалентности: рефлексивности, симметричности и транзитивности.
Рефлексивность:

так как любое подпространство содержит нулевой элемент, то любой элемент эквивалентен сам себе в указанном смысле.
Рассмотрим ряд аксиом фактор-пространства:
Предложение
2.18.
Если
,
,
то:
(2.26)
Этот факт позволяет естественным образом ввести в множестве классов по фиксированному модулю операции сложения и умножения на число, полагая:
.
Множество классов превращается в линейное пространство, которое называется фактор пространством М по модулю М0 и обозначается М/М0.
Предложение 2.19. Определим:
.
(2.27)
Более общее утверждение приведено в третьей аксиоме.
Предложение
2.20.
Если
- дополнение подпространства М, то:
(2.28)
Симметричность.
Рассмотрим два вектора
.
Пусть:

тогда:

так
как
-
подпространство линейного пространства,
то оно само является линейным пространством,
а значит вместе с любым вектором содержит
и обратный к нему.
Транзитивность.
Рассмотрим три вектора
.
Пусть:

тогда, по определению подпространства линейного пространства:

с другой стороны:

а значит:

Классы
эквивалентности построенного отношения
называются классами
смежности (по
подпространству
).
Совокупность всех таких классов
называется фактор-пространством
пространства М
по
и
обозначается
.
В
любом фактор-пространстве можно
естественным образом ввести операции
сложения и умножения на число. Рассмотрим
два класса смежности:
.
Выберем в каждом из этих классов по
одному представителю:
(2.29)
и
назовем суммой этих классов тот класс,
которому принадлежит элемент
.
Аналогичным образом определяется и
произведение класса на число - класс,
которому принадлежит произведение
представителя на класса на то это число.
Можно проверить, что определение сложения
и умножения на число в фактор-пространстве
не зависит от выбора представителей
классов. Введённые таким образом операции
удовлетворяют аксиомам линейного
пространства, а значит фактор-пространство
линейного пространства само является
линейным пространством, причём нулевым
элементом фактор-пространства является
подпространство
.
Пример 2.9. Докажим выше приведенное утверждение.
Решение:
Пусть
фактор пространство
имеет размерность
,
выберем в этом фактор-пространстве
базис:

тогда произвольный класс можно представить в виде линейной комбинации:

Рассмотрим
вектор
,
выберем в каждом из базисных классов
по одному представителю
,
тогда, по определению класса смежности
фактор-пространства:

то
есть любой вектор
действительно представим в виде:

причем:

Пример
2.10.
Докажем,
что если размерность пространства М
равна
,
а размерность подпространства
равна
,
то размерность фактор-пространства
равна
.
Решение:
Если
,
то
и теорема утверждение становится
тривиальным. Будем далее считать, что
.
Пусть
-
базис в пространстве
.
Так как размерность пространства
равна
,
то можно так выбрать вектора
,
чтобы система:

была
линейно независимой. Вектора
принадлежат разным классам смежности,
причём ни один из этих векторов не лежит
в
.
Действительно, если
и
принадлежат одному классу смежности,
то:

или

где
- некоторые числа, то есть система
окажется линейно-зависимой. Аналогично
доказывается, что
.
Так как мы указали
линейно-независимых векторов, принадлежащих
разным классам смежности, то можно найти
линейно-независимых классов смежности
.
Рассмотрим
теперь произвольный класс смежности
и выберем в нём представителя
.
Так как система:

является
линейно-независимой, то вектор
можно
представить в виде:

Так как:

то
вектор
принадлежит
классу смежности:

а так как класс смежности вполне определяется одним своим представителем, то:

Утверждение доказано.
Выводы.
Вторая глава также носит теоретических характер. Здесь были изложены исходные определения и основополагающие понятия подпространства и линейных оболочек, а также рассмотрены факторы пространства. Были определены и изложены основные факты, касающиеся общей теории подпространств с выделением теорем и доказательств по ним. То есть те теоремы и факты которые будут необходимы для дальнейшего раскрытия темы дипломной работы - сходимости в векторных пространствах.
