Matematické Fórum


1. 8. 2026 (L) Fórum bude brzy uzavřeno 😿

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 14. 05. 2011 17:17

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Co je to báze vektorového prostoru?

Dobrý den, rád bych se Vás zeptal co se vlastně myslí bází prostoru, co to je, jak se počítá?

Rozumím tomu, že máme kubický Eukleidovských prostor o třech osách, v němž máme vektory, které mohou být/nemusí lineárně závislé. Co znamená dimenze 1,2,3? Pořád máme přeci trojrozměrný prostor, ne?

Odkazuji se napříklady:

Vyšetřete, zda jsou níže uvedené vektory lineárně závislé  či nezávislé. Určete bázi a dimenzi vektorového prostoru generovaného těmito uvedenými vektory. Nalezněte lineární kombinaci (pokud existuje, tak netriviální) těchto tří vektorů, která je rovna nulovému vektoru.

a=(2,-1,-1), b=(-1,2,3), c=(-1,-1,2)
a=(2,2-5), b=(3,-2,3), c=(3,-4,5)
a=(-3,1,-1), b=(15,-5,5), c=(-9,3,-3)

Výsledky:
1. LZ, dim = 2, báze {a,b} a+b+c=0
2. LN, dim = 3, báze {a,b,c} existuje pouze triviální lin. kombinace
3. LZ, dim = 1, báze {a} , například 2a+b+c=0

Jediné co umím bezpečně určit je lineární závislost, dimenzi a bázi ovšem nerozumím. Mohl by mi tedy někdo prosím vysvětlit jak to mám chápat a jak si ji představit? Mám tu nešťastnou vlastnost, že čemu nerozumím, to si nepamatuji.

Děkuji

Offline

 

#2 14. 05. 2011 17:29

OiBobik
Moderátor
Místo: Brno/Praha
Příspěvky: 1013
Škola: MFF UK Mat. struktury
Pozice: student
Reputace:   82 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:

Dobrý den,

než to tady vysvětlovat ve zkratce, lépe snad odkázat na materiály (skripta pana Olšáka). Tyto pojmy jsou vysvětleny i s příklady téměř v úvodu (co jsem se tak díval, někde od strany 18). Když poté budete mít nějaké konkrétnější dotazy, jistě vám zde budou zodpovězeny. Také lze zkusit projít fórum (vyhledávání) a podívat se na již vyřešené příklady, tento typ příkladů se zde řeší téměř pořád.


"The first rule of Tautology Club is the first rule of Tautology Club." [xkcd]

Offline

 

#3 14. 05. 2011 17:33

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ OiBobik: Děkuji, podívám se na to. Já už jsem pátral všude možně, ovšem z Wikipedie a skript se jsem jen málo kdy moudřejší než před jejich otevřením. Osobně říkám, že mám na matematiku skrytý talent :-)

Offline

 

#4 14. 05. 2011 17:34 — Editoval LukasM (14. 05. 2011 17:36)

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:
Prostor nemusí být nutně trojrozměrný, ačkoli obsahuje vektory se třemi složkami. Představ si třeba prostor generovaný vektorem (1,0,0) - tedy takový prostor, že obsahuje právě všechny reálné násobky tohoto vektoru (tj. žádný násobek nechybí, a naopak tam není vektor, který by nějakým násobkem toho vektoru nebyl). Takovém prostoru by se říkalo lineární obal vektoru (1,0,0), psáno většinou $[(1,0,0)]_{\lambda}$ nebo $<(1,0,0)>$.

Když si ho představíš, dojdeš nutně k závěru, že je to vlastně nějaká přímka, a abys nějaký "bod" na ní popsal, stačí ti jedno jediné číslo - příslušný násobek toho vektoru (1,0,0). Proto je dimenze prostoru pouze 1. Proto je ((1,0,0)) zároveň bází toho prostoru, a to číslo, kterým musíš (1,0,0) vynásobit, abys dostal ten popisovaný vektor u, je "souřadnice vektoru u v bázi (1,0,0)" . No jo, ale klidně můžeš vzít třeba vektor (2,0,0), a používat ho jako referenční, v tom ti nikdo nemůže zabránit - opět se dostaneš ke všem vektorům v tom prostoru, takže ((2,0,0)) je taky báze, akorát souřadnice všech vektorů v této bázi ((2,0,0)) budou proti té bázi ((1,0,0)) poloviční.


Pokud máš dva LN vektory z R3, pak podobným způsobem popisují už ne přímku, ale celou rovinu. A podobným způsobem si můžeš představit, že k popisu nějakého bodu v rovině potřebuješ 2 čísla (dimenze je tedy 2), a dva nějaké referenční vektory, které nemají stejný směr. Pak jedním tím číslem vynásobíš jeden, druhý druhým, výsledky sečteš - a dostaneš se do jakéhokoli bodu roviny. Stejně jako u té přímky.

Když se nad tím zamyslíš, tak jistě i pochopíš, že při tom zjišťování LN/LZ nezjišťujeme nic jiného, než jestli se posčítáním nějakých nenulových násobků těch vektorů dostaneme na nulu - pak je tam určitě nějaký navíc (např. jeden vektor leží v rovině, kterou už ale popsaly ty dva předchozí).

Dává to pro tu hrubou představu nějaký smysl?

Edit: pokud jde o řešení těch příkladů, tak to je pak do jisté míry opravdu velice mechanické, jak píše kolega nade mnou, a v tom jsem se tu rejpat nechtěl. Chtěl jsem to všechno jen nějak přepsat do normální řeči, nevím jak se mi to povedlo.

Offline

 

#5 14. 05. 2011 17:46

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ LukasM: Skvěle! Myslím, že jsem k reálnému obrazu o něco blíž. Ano, teď myslím, že hrubou představu mám. Laicky řečeno, dimenze 2 znamená, že máme bázi o "proměnných" a,b, které jsou třeba k lokalizaci bodu. Říkám to tak správně? Tedy báze je dimenze vyjádřená v "proměnných"?

Jak lépe popsat rozdíl mezi dimenzí a bází?

Velice děkuji, tohle mi pomáhá.

Offline

 

#6 14. 05. 2011 17:50

OiBobik
Moderátor
Místo: Brno/Praha
Příspěvky: 1013
Škola: MFF UK Mat. struktury
Pozice: student
Reputace:   82 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:

Báze je maximální množina lineárně nezávislých vektorů, které se všechny vyskytují v daném podprostoru. Počet vektorů v bázi je roven dimenzi daného vektorového (pod)prostoru.


"The first rule of Tautology Club is the first rule of Tautology Club." [xkcd]

Offline

 

#7 14. 05. 2011 17:54

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:
To se pozná snadno, je to totiž už v principu něco jiného. Báze je nějaká množina - přesněji uspořádaná množina vektorů. Dimenze není nic jiného než číslo. Obojí je nějak samozřejmě korektně definované, to si najdi ve skriptech jak, a popřemýšlej o tom - měl bys zjistit že to pak díky těm definicím funguje přesně tak jak jsem napsal.

"Báze je dimenze vyjádřená v proměnných" - možná to myslíš dobře, ale takhle říct to nejde. Báze nějakého prostoru je množina vektorů toho prostoru taková, že

1. generuje ten prostor:  každý vektor prostoru se dá vyjádřit jako lineární kombinace vektorů té báze (lineární kombinace=součet libovolných násobků vektorů báze).

2. je LN: jediný způsob jak vyjádřit nulový vektor je vynásobit všechny vektory nulou a sečíst - triviální lin. kombinace. Jinak řečeno, žádný vektor tam nesmí být zbytečně, navíc.


Teď můžeme něco říct o počtu vektorů báze. Z bodu 1 plyne, že jich musí být alespoň tolik, kolik je dimenze prostoru. Z bodu 2 plyne, že jich nesmí být víc.

Offline

 

#8 14. 05. 2011 18:07

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ OiBobik:Asi Vám musím připadat opravdu natvrdlej, ale četl jsem si Váš příspěvek asi 5x a stejně mám jen vágní představu o tom, co jste mi napsal. Ale i tak děkuji za snahu :-)


↑ LukasM:Myslím, že už to pomalu chápu. Čili vezmeme-li že osy x,y,z jsou dány vektory i,j,k, můžeme říct, že každý vektor, který v prostoru je, je zkonstruován z vektorů i,j,k. Přeju-li si "sklopit vektor vlevo dolů", např. "uberu" něco z i, a přidám něco k j. Pracuji se třemi vektory, jedná se tedy o dimenzi 3.

2. bod příliš nechápu. Chápu, že pokud chci dostat kombinaci vektorů (které mají jiný směr, nikoli opačný), musím je vynásobit 0, abych dostal alespoň nějakou kombinaci - tedy "nulovou", tedy triviální.

Offline

 

#9 14. 05. 2011 18:16 — Editoval LukasM (14. 05. 2011 18:18)

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:
K první části - ano, pokud to řekneš na plnou hubu, tak to tak vlastně je. Až třeba na to že nevíme o žádném "vlevo dolů" :-). A to "uberu" a "přidám" se realizuje násobením těch vektorů, ale to snad myslíš správně.


Ke druhému bodu. Nulová kombinace neznamená triviální. Např kombinace (2,2,2)+2(-1,-1,-1) je nulová (protože výsledek je nulový vektor), ale není triviální (protože koeficienty kterými násobím ty dva vektory nejsou nulové, ale je tam jednička a dvojka).

"Chápu, že pokud chci dostat kombinaci vektorů (které mají jiný směr, nikoli opačný), musím je vynásobit 0, abych dostal alespoň nějakou kombinaci" - to je nějaká ptákovina. Nějakou kombinaci dostaneš vždycky, to ty vektory můžeš násobit čím chceš, a po sečtení máš lineární kombinaci, tak je mj. lineární kombinace definovaná. (Edit: teď to po sobě ještě čtu.. pokud ti na začátku vypadlo "nulovou kombinaci", tak to myslíš asi správně).
U toho druhého bodu se ptáme: "Jak to zařídit, abych z těchle vektorů udělal nulovej?" Pokud to jde jenom tak, že všechny vynásobíme nulou, pak jsou LN, když to jde ještě nějak jinak (viz můj přiklad o kousek výš), tak jsou LZ (nějaký je "navíc", v tom smyslu že se dá vyhodit aniž by se změnil lineární obal - a to přesně myslel ↑ OiBobik: tím slovem maximální).

Offline

 

#10 14. 05. 2011 18:17

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

Vezmu-li to pragmaticky, když u zápočtu dostanu otázku určete bázi a dimenzi vektorů, jak bude vypadat algoritmus?

1) dosadím vektory do matice
2) dopočítám x,y,z - vyjde-li (0,0,0), jsou lin. nezávislé, vyjde-li 0=0, jsou lin. závislé, vyjde-li (2,3,4), jsou lin. nezávislé

Tady končím, co dál?

Offline

 

#11 14. 05. 2011 18:21

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ LukasM:Jo taglééééénc! Už jsem chytrej jak opice :-)

Vážně děkuji za pomoc, nerad počítám něco čemu nerozumím, dráždí mě to a omezuje.

Offline

 

#12 14. 05. 2011 18:27

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:
Myslíš bázi a dimenzi vektorového prostoru? Vektory žádnou bázi nemají.

Trochu nejdřív popřemýšlej o všem co jsme tu napsali, a přečti si všechny definice ze skript. "Dosadím vektory do matice" ukazuje na to, že nejspíš úplně nerozumíš proč. Ta matice reprezentuje nějakou soustavu rovnic - právě tu, kde se ptáme "Jak z těch vektorů udělám nulovej?"

Ani ten rozbor těch výsledků ve tvém druhém bodě mi není úplně jasný (třeba ten případ 0=0.. proč bych měl řešit nějakou soustavu, abych na to přišel?), ale to teď nebudu řešit. Zkus to celé nechat trochu uležet, ať ti dojdou ty souvislosti. Taky si přečti tohle vlákno, psát to tu znova už neplánuju.

Offline

 

#13 14. 05. 2011 18:27

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:Už asi tuším... Když mi vypadne např. z, čili z=0, potom můžu říct, že báze je jen (x,y)? Dimenze je tudíž jen 2?

Offline

 

#14 14. 05. 2011 18:29

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ LukasM:Děkuji, pročtu. Ne, já rozumím proč to dělám, chci vyřešit soustavu. Ano, měl jsem na mysli vektorový prostor.

Offline

 

#15 14. 05. 2011 18:33

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ phate69:
Nechápu jak přesně ti "vypadne z". Pokud budou vektory z R2, tedy budou mít jen dvě složky, pak se "pohybujeme po rovině" a dimenze je skutečně 2. Ale báze určitě není (x,y). Báze musí obsahovat dva LN vektory, takže to bude třeba ((1,0),(0,1)). Ten požadavek LN se v R2 redukuje na "nesmí ležet v jedné přímce". (Přirozeně taky nesmí být ani jeden nulový).

Ale jak píšu, teď bych ti na chvíli doporučil samostudium a četbu toho paralelního vlákna.

Offline

 

#16 14. 05. 2011 18:38

phate69
Zelenáč
Příspěvky: 10
Reputace:   
 

Re: Co je to báze vektorového prostoru?

↑ LukasM:Dám si sváču a jdu na to :-) Moc díky. Sice pořád nevím jak se doberu k výsledkům, ale už aspoň vím jak si představit dimenzi.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson