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大阪大学 基礎工学研究科 数理科学 (システム創成専攻) 2019年度 数理科学 I [2]

Author

Miyake

Description

Kai

(1)

\(V\) の定義における \(x_1, x_2, x_3, x_4\) に関する与えられた3つの式を整理すると、

\[ \begin{aligned} x_1 &= - x_3 + 2 x_4 \\ x_2 &= - x_3 - 2 x_4 \end{aligned} \]

となるので、

\[ \begin{aligned} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} - x_3 + 2 x_4 \\ - x_3 - 2 x_4 \\ x_3 \\ x_4 \end{pmatrix} = x_3 \begin{pmatrix} -1 \\ -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} + x_4 \begin{pmatrix} 2 \\ - 2 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} \end{aligned} \]

となる。

したがって、\(V\) は2次元で、

\[ \begin{aligned} v_1 = \begin{pmatrix} -1 \\ -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} , \ \ v_2 = \begin{pmatrix} 2 \\ - 2 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} \end{aligned} \]

はその基底である。

(2)

(1) と同様に考えると、 \(W\) も2次元で、

\[ \begin{aligned} w_1 = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -5 \\ -2 \end{pmatrix} , \ \ w_2 = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ -2 \\ -1 \end{pmatrix} \end{aligned} \]

はその基底である。

そこで、 \(v_1, v_2, w_1, w_2\) について考えると、

\[ \begin{aligned} w_1 = v_1 + v_2 + 3 w_2 \end{aligned} \]

が成り立ち、また、 \(w_2\)\(v_1, v_2\) の線形結合で表すことができない。 したがって、 \(U\) は3次元であり、 \(v_1, v_2, w_2\) はその基底である。