שאלת מבחן באלגברה לינארית 1 - הטכניון 2008 - הוכח או הפרך

הוכח או הפרך את הטענה הבאה:
כל 4 מטריצות ממשיות ואנטי-סימטריות מסדר
תלויות לינארית.
העתק שאלה
שתף שאלה
סמן כחשוב
סמן כבוצע
הטכניון104016 מבחן מועד א', חורף תשס"ח, 17.2.08, גירסה 1 · 2008 · סמסטר א
★★★★★
הוכח או הפרךמטריצה אנטי-סימטריתתלות לינאריתמימדהוכחה
מטריצה אנטי-סימטרית מסדר מקיימת . מצא בסיס למרחב כל המטריצות האנטי-סימטריות מסדר זה וחשב את מימד המרחב.
טענה: כל 4 מטריצות ממשיות אנטי-סימטריות מסדר תלויות לינארית. הטענה נכונה, ונוכיח אותה.

שלב 1: אפיון מטריצות אנטי-סימטריות

מטריצה אנטי-סימטרית אם . לכן:
  • האיברים על האלכסון: , כלומר לכל .
  • האיברים מחוץ לאלכסון: .


לכן מטריצה אנטי-סימטרית כללית מסדר היא:



כאשר הם 3 פרמטרים חופשיים.

שלב 2: מציאת בסיס למרחב המטריצות האנטי-סימטריות

נסמן את המרחב . ניתן לכתוב:



המטריצות פורשות את ותלויות לינארית רק אם , לכן הן בסיס של .

שלב 3: המסקנה



כל קבוצה של 4 מטריצות ממרחב בעל מימד 3 חייבת להיות תלויה לינארית, שכן לא ייתכן שיש יותר מ-3 מטריצות בלתי-תלויות לינארית במרחב זה.

הוכחה פורמלית:

תהיינה . ניתן לכתוב כל אחת מהן כצירוף לינארי של :



נתאים לכל את הוקטור הקואורדינטות . אלה 4 וקטורים ב-, ולכן לפי תכונות המימד הם תלויים לינארית (כל 4 וקטורים ב- תלויים לינארית).

לכן קיימים סקלרים לא כולם אפס כך ש:



ומכאן:



לכן תלויות לינארית. הטענה נכונה.