حسابان زیرفضاها

قضیه ۱. اشتراک هر مجموعه‌ای از زیرفضاها یک زیرفضا است.

اثبات. اگر از یک اندیس ν برای متمایز کردن اعضای مجموعه استفاده کنیم، به طوری که زیرفضاهای داده شده ν باشند، می‌نویسیم = ν ν . از آنجا که هر ν ، شامل 0 است، نیز همین‌طور است، و بنابراین تهی نیست. اگر x و y به تعلق داشته باشند (یعنی به تمام ν )، آنگاه α x + β y به تمام ν تعلق دارد، و بنابراین یک زیرفضا است. ◻

برای دیدن کاربردی از این قضیه، فرض کنید 𝒮 یک مجموعه دلخواه از بردارها (نه لزوماً یک زیرفضا) در یک فضای برداری 𝒱 باشد. قطعاً زیرفضاهای وجود دارند که شامل هر عنصری از 𝒮 هستند (یعنی به طوری که 𝒮 )؛ برای مثال، کل فضای 𝒱 چنین زیرفضایی است. فرض کنید اشتراک تمام زیرفضاهای شامل 𝒮 باشد؛ واضح است که خود یک زیرفضای شامل 𝒮 است. علاوه بر این، واضح است که کوچکترین چنین زیرفضایی است؛ اگر 𝒮 همچنین در زیرفضای 𝒩 نیز گنجانده شده باشد، 𝒮 𝒩 ، آنگاه 𝒩 . زیرفضای که بدین ترتیب تعریف می‌شود، زیرفضای تولیدشده توسط 𝒮 یا پوشش 𝒮 نامیده می‌شود. نتیجه زیر ارتباط بین مفهوم تولید کردن و مفاهیم مطالعه شده در بخش‌های ۵ تا ۹ را برقرار می‌کند.

قضیه ۲. اگر 𝒮 هر مجموعه‌ای از بردارها در یک فضای برداری 𝒱 باشد و اگر زیرفضای تولیدشده توسط 𝒮 باشد، آنگاه همان مجموعه تمام ترکیبات خطی عناصر 𝒮 است.

اثبات. واضح است که یک ترکیب خطی از ترکیبات خطی عناصر 𝒮 می‌تواند دوباره به عنوان یک ترکیب خطی از عناصر 𝒮 نوشته شود. از این رو، مجموعه تمام ترکیبات خطی عناصر 𝒮 یک زیرفضای شامل 𝒮 است؛ پس نتیجه می‌شود که این زیرفضا باید همچنین شامل نیز باشد. اکنون استدلال را معکوس می‌کنیم: شامل است و یک زیرفضا می‌باشد؛ از این رو شامل تمام ترکیبات خطی عناصر 𝒮 است. ◻

بنابراین می‌بینیم که در اصطلاحات جدیدمان می‌توانیم یک پایه خطی را به عنوان مجموعه‌ای از بردارهای مستقل خطی تعریف کنیم که کل فضا را تولید می‌کند.

نتیجه بعدی ما پیامد ساده‌ای از قضیه ۲ است؛ اثبات آن را می‌توان با خیال راحت به خواننده واگذار کرد.

قضیه ۳. اگر و 𝒦 هر دو زیرفضا باشند و اگر زیرفضای تولیدشده توسط و 𝒦 با هم باشد، آنگاه همان مجموعه تمام بردارهایی به فرم x + y است، به طوری که x در و y در 𝒦 باشد.

با الهام از این قضیه، از نماد + 𝒦 برای زیرفضای که توسط و 𝒦 تولید شده است، استفاده خواهیم کرد. خواهیم گفت که یک زیرفضای 𝒦 از یک فضای برداری 𝒱 ، متمم یک زیرفضای است اگر 𝒦 = 𝒪 و + 𝒦 = 𝒱 .