Upload
madalina-madalinutzi
View
214
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
dbfdb
Citation preview
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 1
an univ. 2012=2013SEMINAR NR. 5, REZOLVARIAlgebra liniara si Geometrie analitica
4. SPATII LINIARE EUCLIDIENE4.1. Denitii. Exemple
Denitie. Fie (X;+; ;R) un spatiu liniar real. Spunem ca functiah; i : X X! R este produs scalar real daca :(SP1) 8 (u;v;w) 2 X3 : hu+w;vi = hu;vi+ hw;vi ;(SP2) 8 (;u;v) 2 R X2 : hu;vi = hu;vi ;(SP3) 8 (u;v) 2 X2 : hu;vi = hv;ui ;(SP4) 8u 2 X : hu;ui 0;(SP5) 8u 2 X : [hu;ui = 0R , u = X] :Denitie. Fie (X;+; ;R) un spatiu liniar real si h; i : X X ! R un produsscalar real. Perechea ordonata (X; h; i) se numeste spatiu liniar euclidian.Exemple de spatii liniare eucidiene standard :1. (Rn; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i : Rn Rn ! R, hx;yi = x1y1 + :::+ xnyn.Renotam (Mn1 (R) ;+; ;R) cu (Rn;+; ;R). (Rn; h; i) este un spatiu liniar
euclidian, undeh; i : Rn Rn ! R, hx;yi = x1y1 + :::+ xnyn.
2. (Mn (R) ; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i :Mn (R)Mn (R)! R, hA;Bi = Tr
AT B :
3. (C ([a; b] ;R) ; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i : C ([a; b] ;R) C ([a; b] ;R)! R, hf ;gi = R b
af (x)g (x) dx:
n particular,R[a;b]n [x]; h; i
este un spatiu liniar euclidian, unde
h; i : R[a;b]n [x] R[a;b]n [x]! R, hp;qi =R bap (x)q (x) dx:
A se vedea enunturile exercitiilor 2, 3, 4 din Seminar nr. 4; Enunturi.
Exercitiul 1. n spatiile liniare precizate se denesc aplicatiile de mai jos. Sase precizeze care din ele sunt produse scalare :a) n
R2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;
8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = 3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2
R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :
Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =
= 3 (x1 + z1) y1 (x1 + z1) y2 (x2 + z2) y1 + 2 (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+hz;yi = 3x1y1x1y2x2y1+2x2y2+3z1y1z1y2z2y1+2z2y2 =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R
R22: hx;yi = hx;yi :
Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =
= 3 (x1) y1 (x1) y2 (x2) y1 + 2 (x2) y2 =M1
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 2
hx;yi = (3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2) =M2:Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = 3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2 =M1hy;xi = 3y1x1 y1x2 y2x1 + 2y2x2 =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP3) este vericata.(SP4) 8x 2 R2 : hx;xi 0:Fie 8x 2 R2 )hx;xi = 3x1x1 x1x2 x2x1 + 2x2x2 = 3
x1 13x2
2+ 53 (x2)
2 0) (SP4) este vericata.(SP5) 8x 2 R2 : [hx;xi = 0R , x = R2 ] :Fie 8x 2 R2 )[hx;xi = 0R , 3
x1 13x2
2+ 53 (x2)
2= 0,
x1 13x2 = 0x2 = 0
, (x1; x2) = (0; 0), x = R2) (SP5) este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior este un produs scalar real pe R2, altul dectcel standard.
b) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;
8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2
R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :
Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =
= (x1 + z1) y1 + 2 (x1 + z1) y2 + 10 (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+ hz;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2 + z1y1 + 2z1y2 + 10z2y2 =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R
R22: hx;yi = hx;yi :
Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =
= (x1) y1 + 2 (x1) y2 + 10 (x2) y2 =M1 hx;yi = (x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2) =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2 =M1hy;xi = y1x1 + 2y1x2 + 10y2x2 =M2:
Se observa ca 9 (x;y) 2 R22 a.. M1 6=M2 ) (SP3) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.
c) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;
8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2
R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :
Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 3
= 9 (x1 + z1) y1 3 (x1 + z1) y2 3 (x2 + z2) y1 + (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+ hz;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2 + 9z1y1 3z1y2 3z2y1 + z2y2 =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R
R22: hx;yi = hx;yi :
Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =
= 9 (x1) y1 3 (x1) y2 3 (x2) y1 + (x2) y2 =M1 hx;yi = (9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2) =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2 =M1hy;xi = 9y1x1 3y1x2 3y2x1 + y2x2 =M2:
Se observa ca M1 =M2 ) (SP3) este vericata.(SP4) 8x 2 R2 : hx;xi 0:Fie 8x 2 R2 )hx;xi = 9x1x1 3x1x2 3x2x1 + x2x2 = (3x1 x2)2 0
) (SP4) este vericata.(SP5) 8x 2 R2 : [hx;xi = 0R , x = R2 ] :Fie 8x 2 R2 )[hx;xi = 0R , (3x1 x2)2 = 0,
, f3x1 x2 = 0 ; (x1; x2) = (0; 0) ca si unica solutie:) (SP5) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.
d) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;
8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = (x1)2 (y1)2 + (x2)2 (y2)2 ;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2
R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :
Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =
= (x1 + z1)2(y1)
2+ (x2 + z2)
2(y2)
2=M1
hx;yi+ hz;yi = (x1)2 (y1)2 + (x2)2 (y2)2 + (z1)2 (y1)2 + (z2)2 (y2)2 =M2:Se observa ca 9 (x;y; z) 2 R23 :M1 6=M2 ) (SP1) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.
4.2. Norma euclidiana a unui vector. Unghiul dintre doi vectori
Teorema. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian. Atunci (X; kk) este unspatiu normat, unde norma indusa de produsul scalar (sau norma euclidiana)este data dekk : X! R, kvk =phv;vi:
Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian.a) Vectorul v 2 X cu proprietatea kvk = 1 se numeste versor.b) Fie 8v 2 X, v 6= X. Vectorul v = 1kvkv se numeste versorul lui v.Exemple de norme eucidiene standard :1. n (Rn; h; i) standard, norma euclidiana standard este
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 4
kk : Rn ! R, kxk =phx;xi =q(x1)2 + :::+ (xn)2.n (Rn; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk : Rn ! R, kxk =
phx;xi =q(x1)2 + :::+ (xn)2.2. n (Mn (R) ; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk :Mn (R)! R, kAk =
phA;Ai =pTr (AT A):3. n (C ([a; b] ;R) ; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk : C ([a; b] ;R)! R, kfk =phf ; fi =qR b
af2 (x) dx:
n particular, nR[a;b]n [x]; h; i
standard, norma euclidiana standard este
kk : R[a;b]n [x]! R, kpk =php;pi =qR b
ap2 (x) dx:
Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian.a) Fie (u;v) 2 (Xn fXg)2 : Solutia unica n intervalul [0; ], notata \(u;v), aecuatiei
cos\(u;v) =hu;vikuk kvk
se numeste unghiul neorientat al perechii ordonate de vectori (u;v).b) Fie (u;v) 2 X2: Daca hu;vi = 0 spunem ca vectorul u este ortogonal cuvectorul v si notam u ? v.
Exercitiul 5. Fie spatiul liniar euclidianR3; h; i, cu produsul scalar standard
si norma euclidiana standard.a) Calculati unghiul dintre vectorii x = (1; 1;1) ;y = p6; 1; 1 ;b) Aratati ca vectorii x = (1; 1; 2) ;y = (1; 1;1) sunt ortogonali ;c) Aratati ca vectorul x =
0;
p22 ;
p22
este un versor.
Rezolvare. Reamintim produsul scalar standard dintre doi vectori din R3;hx;yi = x1y1 + x2y2 + x3y3
si norma euclidiana standard a unui vector din R3;kxk =phx;xi =q(x1)2 + (x2)2 + (x3)2:
a) cos\(x;y) =hx;yikxk kyk =
h(1; 1; 2) ; (1; 1;1)ik(1; 1; 2)k k(1; 1;1)k =
=1 p6 + 1 1 + (1) 1q
12 + 12 + (1)2 qp
62+ 12 + 12
=1
2)\(x;y) =
3:
b) hx;yi = h(1; 1; 2) ; (1; 1;1)i = 1 1 + 1 1 + 2 (1) = 0) x ? y:c) kxk =
0; p22 ; p22
=r02 +
p22
2+p
22
2= 1) x =
0;
p22 ;
p22
este
un versor.
4.3. Sisteme de vectori ortonormate. Procedeul de ortonormareGram-Schmidt
Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian si S = (w1; :::;wm), m dimR X. Spunem ca S este sistem de vectori ortonormat daca :(i) S este sistem de vectori ortogonal,8 (i; j) 2 f1; :::mg2 ; i 6= j;wi ? wj , adica hwi;wji = 0:
(ii) S contine doar versori,
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 5
8i 2 f1; :::mg ; kwik = 1:
Exercitiul 6. Fie spatiul liniar euclidianR3; h; i cu produsul scalar standard.
Sa se arate ca baza canonicaC = (e1 = (1; 0; 0) ; e2 = (0; 1; 0) ; e3 = (0; 0; 1))
este un sistem de vectori ortonormat.Rezolvare. (i) C este un sistem ortogonal de vectori, deoarecehe1; e2i = h(1; 0; 0) ; (0; 1; 0)i = 1 0 + 0 1 + 0 0 = 0;he2; e3i = h(0; 1; 0) ; (0; 0; 1)i = 0 0 + 1 0 + 0 1 = 0;he3; e1i = h(0; 0; 1) ; (1; 0; 0)i = 0 1 + 0 0 + 1 0 = 0:
(ii) C contine doar versori, deoareceke1k = k(1; 0; 0)k =
p12 + 02 + 02 = 1;
ke2k = k(0; 1; 0)k =p02 + 12 + 02 = 1;
ke3k = k(0; 0; 1)k =p02 + 02 + 12 = 1:
Deci C este o baza ortonormata n R3 (dar mai exista si alte baze ortonormaten R3).
Exercitiul 7. Fie spatiul liniar euclidian (M2 (R) ; h; i) unde produsul scalareste denit de h; i :M2 (R)M2 (R)! R prin8A =
a11 a12a21 a22
2M2 (R) ;8B =
b11 b12b21 b22
2M2 (R) :
hA;Bi = a11b11 + a12b12 + a21b21 + a22b22 = TrAT B :
a) Sa se arate ca
S =
A1 =
p33
1 11 0
;A2 =
p66
1 10 2
;A3 =
13
0 22 1
este un sistem de vectori ortonormat.Rezolvare. Observam cakAk =phA;Ai =q(a11)2 + (a12)2 + (a21)2 + (a22)2 =pTr (AT A):
modul 1.(i) S este un sistem ortogonal de vectori, deoarece
hA1;A2i =* p
33
p33p
33 0
!;
p66
p66
0p63
!+=
p33 p66
+p33
p66
+
p33 0 + 0
p63 = 0;
hA2;A3i =*
p66
p66
0p63
!;
0 2323
13
+=p66
0 +
p66
23 +
0 23 +p63 13 = 0;
hA3;A1i =*
0 2323
13
;
p33
p33p
33 0
!+= 0
p33
+ 23
p33
+ 23
p33 +
13 0 = 0:
(ii) S contine doar versori, deoarece
kA1k =
p
33
p33p
33 0
!
=rp
33
2+p33
2+p
33
2+ (0)
2= 1;
kA2k =
p66
p66
0p63
!
=r
p66
2+p66
2+ 02 +
p63
2= 1;
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 6
kA3k =
0 232
313
=q02 + 232 + 232 + 132 = 1:modul 2.(i) S este un sistem ortogonal de vectori, deoarece
hA1;A2i = TrAT1 A2
= Tr
p33
1 11 0
p66
1 10 2
= Tr
p1818
1 11 1
=
p1818 +
p1818 = 0;
hA2;A3i = TrAT2 A3
= Tr
p66
1 01 2
130 22 1
= Tr
p6
18
0 24 0
=
0 + 0 = 0;
hA3;A1i = TrAT3 A1
= Tr
13
0 22 1
p33
1 11 0
= Tr
p39
2 03 2
=
2p3
9 2p3
9 = 0:(ii) S contine doar versori, deoarece
kA1k =
1 11 0
=qTr AT1 A1 =sTr
p33
1 11 0
p33
1 11 0
=s
Tr
p99
2 11 1
=
q2p9
9 +p99 = 1;
kA2k =
p66 1 10 2
=qTr AT2 A2 =sTr
p66
1 01 2
p66
1 10 2
=s
Tr
p3636
1 11 5
=q
16 +
56 = 1;
kA3k =
13 0 22 1
=qTr AT2 A2 =sTr
13
0 22 1
130 22 1
=s
Tr
19
4 22 5
=q
49 +
59 = 1:
Deci S = (A1;A2;A3) este un sistem ortonormat de matrice dinM2 (R) :
Teorema (procedeul de ortonormare Gram-Schmidt). Fie (X; h; i) un spatiuliniar euclidian si S = (v1; :::;vm), m dimR X un sistem de vectori liniar inde-pendent, Atunci exista So = (w1; :::;wm) sistem de vectori liniar independentortonormat astfel nct [So] = [S] :Demonstratie (schita).Etapa 1. Cautam S = (u1; :::;um) un sistem de vectori liniar independent or-togonal a..
S= [S]. Gasim8>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:
u1 = v1
u2 = v2 hv2;u1iku1k2u1
u3 = v3 hv3;u1iku1k2u1 hv3;u2iku2k2
u2
u4 = v4 hv4;u1iku1k2u1 hv4;u2iku2k2
u2 hv4;u3iku3k2u3
:::Etapa 2. Cautam So = (w1; :::;wm) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori, a.. [So] =
S. Gasim
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 7
8>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:
w1 =1
ku1ku1w2 =
1
ku2ku2w3 =
1
ku3ku3w4 =
1
ku4ku4:::
Exercitiul 8. Fie spatiul liniar euclidianR[1;1]3 [x]; h; i
, unde produsul
scalar standard este denit prinh; i : R[1;1]3 [x] R[1;1]3 [x]! R , hp;qi =
R 11 p (x)q (x) dx:
Sa se ortonormeze baza canonica din R[1;1]3 [x].Rezolvare. Fie baza canonica din R[1;1]3 [x]C = (v1;v2;v3;v4)
undev1 : [1; 1]! R, v1 (x) = 1;v2 : [1; 1]! R, v2 (x) = x;v3 : [1; 1]! R, v3 (x) = x2;v4 : [1; 1]! R, v4 (x) = x3:
Etapa 0. Se observa ca C este un sistem liniar independent de vectori.Etapa 1. Cautam S = (u1;u2;u3;u4) un sistem de vectori liniar independentortogonal a..
S= [S]. Gasim u1;u2;u3;u4 : [1; 1] ! R functii polinomiale
cu urmatoarele legi de asociereu1 (x) = v1 (x) = 1:
ku1k2 =R 11 1
2dx = x j11= 2;hv2;u1i =
R 11 x 1dx = x
2
2 j11= 0;hv3;u1i =
R 11 x
2 1dx = x33 j11= 23 ;hv4;u1i =
R 11 x
3 1dx = x44 j11= 0:u2 (x) = v2 (x) hv2;u1iku1k2
u1 (x) = x 021 = x:
ku2k2 =R 11 x
2dx = x3
3 j11= 23 ;hv3;u2i =
R 11 x
2 xdx = x44 j11= 0;hv4;u2i =
R 11 x
3 xdx = x55 j11= 25 :u3 (x) = v3 (x) hv3;u1iku1k2
u1 (x) hv3;u2iku2k2u2 (x) = x
2 23
21 02
3
x = x2 13 :
ku3k2 =R 11x2 13
2dx =
R 11x4 23x2 + 19
dx =
=x5
5 23 x3
3 +19xj11= 845 ;
hv4;u3i =R 11 x
3 x2 13 dx = R 11 x5 13x3 dx = x66 13 x44 j11= 0:u4 (x) = v4 (x) hv4;u1iku1k2
u1 (x) hv4;u2iku2k2u2 (x) hv4;u3iku3k2
u3 (x) =
= x3 021
2523
x 0845
x2 13
= x3 35x:
ku4k2 =R 11x3 35x
2dx =
R 11x6 65x4 + 925x2
dx =
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 8
=x7
7 65 x5
5 +925x3
3
j11= 8175 :
Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3;w4) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori a.. [So] =
S. Gasim w1;w2;w3;w4 :
[1; 1]! R functii polinomiale cu urmatoarele legi de asocierew1 (x) =
1
ku1ku1 (x) =1p21;
w2 (x) =1
ku2ku2 (x) =1p23
x;
w3 (x) =1
ku3ku3 (x) =1p845
x2 13
;
w4 (x) =1
ku4ku4 (x) =1p8175
x3 35x
:
Am gasit So = (w1;w2;w3;w4) o baza ortonormata n R[1;1]3 [x]. Polinoamele
corespunzatoare functiilor polinomiale din aceasta baza se numesc polinoameLegendre.
Exercitiul 9. n spatiul liniar euclidianR[0;1]2 [x]; h; i
cu produsul scalar
standard, sa se ortonormeze sistemul de functii S = (f1; f2; f3) undef1 : [0; 1]! R, f1 (x) = 2,f2 : [0; 1]! R, f2 (x) = 2 + x,f3 : [0; 1]! R, f3 (x) = (2 + x)2.
Rezolvare. Fie produsul scalar standard dinR[0;1]2 [x]; h; i
,
h; i : R[0;1]2 [x] R[0;1]2 [x]! R, hp;qi =R 10p (x)q (x) dx:
Reamintim norma euclidianakk : R[0;1]2 [x]! R, kpk =
qR 10p2 (x) dx
Etapa 0. Studiem daca S = (f1; f2; f3) este un sistem liniar independent devectori. Cautam (1; 2; 3) 2 R3 astfel nct1f1 + 2f2 + 3f3 = R[0;1]2 [x]
,1f1 (x) + 2f2 (x) + 3f3 (x) = (x) ;8x 2 [0; 1]12 + 2 (2 + x) + 3 (2 + x)
2= 0;8x 2 [0; 1],8
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 9
u2 (x) = f2 (x) hf2;u1iku1k2u1 (x) = (2 + x) 5
42 = x 12 :
ku2k2 =R 10
x 12
2dx = 112 ;
hf3;u2i =R 10(2 + x)
2 x 12 dx = 512 :u3 (x) = f3 (x) hf3;u1iku1k2
u1 (x) hf3;u2iku2k2u2 (x) =
= (2 + x)2
383
42
512112
x 12
= x2 x+ 16 :
ku3k2 =R 10
x2 x+ 16
2dx = 1180 :
Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3) un sistem de vectori liniar independentcare sa contina doar versori a.. [So] =
S. Gasim w1;w2;w3 : [0; 1] ! R
functii polinomiale cu urmatoarele legi de asociere
w1 (x) =1
ku1ku1 (x) =122;
w2 (x) =1
ku2ku2 (x) =1p112
x 12
;
w3 (x) =1
ku3ku3 (x) =1p1180
x2 x+ 16
:
Exercitiul 10. FieR4; h; i cu produsul scalar standard. Sa se determine o
baza ortonormata n spatiul generat deS = (v1 = (1; 2; 2 1) ;v2 = (1; 1;5; 3) ;v3 = (3; 2; 8;7)) :
Rezolvare. Fie produsul scalar standard dinR4; h; i, h; i : R4 R4 ! R
denit prinhx;yi = x1y1 + x2y2 + x3y3 + x4y4:
Reamintim norma euclidianakxk =
px21 + x
22 + x
23 + x
24:
Etapa 0. Studiem daca S = (v1;v2;v3) este un sistem liniar independent devectori. Cautam (1; 2; 3) 2 R3 astfel nct1v1 + 2v2 + 3v3 = R4 ,
1 (1; 2; 2 1) + 2 (1; 1;5; 3) + 3 (3; 2; 8;7) = (0; 0; 0; 0),8>>>:11 + 12 + 33 = 021 + 12 + 23 = 021 52 + 83 = 011 + 32 73 = 0
Ultimul sistem este un sistem liniar omogen n necunoscutele 1; 2; 3, careadmite macar solutia nula (1; 2; 3) = (0; 0; 0). Studiem daca admite si altesolutii.0BB@
j1j 1 32 1 22 5 81 3 7
0000
1CCA pas1l1
l2 2l1l3 2l1l4 + l1
0BB@1 1 3
0 j1j 40 7 20 4 4
0000
1CCA pas2l1l2
l3 7l2l4 + 4l2
0BB@1 1 30 1 40 0 j30j0 0 20
0000
1CCA
) rangA = 3 ) sistemul este compatibil unic determinat cu solutia unica(1; 2; 3) = (0; 0; 0) ) v1;v2;v3 sunt vectori liniar independenti.Etapa 1. Cautam S = (u1;u2;u3) un sistem de vectori liniar independent or-togonal a..
S= [S]. Gasim
Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 10
u1 = v1 = (1; 2; 2 1) :ku1k2 = k(1; 2; 2 1)k2 = 12 + 22 + 22 + (1)2 = 10;hv2;u1i = h(1; 1;5; 3) ; (1; 2; 2 1)i = 1 1+1 2+(5) 2+3 (1) = 10;hv3;u1i = h(3; 2; 8;7) ; (1; 2; 2 1)i = 3 1+ 2 2+ 8 2+ (7) (1) = 30:
u2 = v2 hv2;u1iku1k2u1 = (1; 1;5; 3) 1010 (1; 2; 2 1) = (2; 3;3; 2) :
ku2k2 = k(2; 3;3; 2)k2 = 22 + 32 + (3)2 + 22 = 26;hv3;u2i = h(3; 2; 8;7) ; (2; 3;3; 2)i = 3 2+2 3+8 (3)+(7) 2 = 26:
u3 = v3 hv3;u1iku1k2u1 hv3;u2iku2k2
u2 =
= (3; 2; 8;7) 3010 (1; 2; 2 1) 2626 (2; 3;3; 2) = (2;1;1;2) :ku3k2 = k(2;1;1;2)k2 = 22 + (1)2 + (1)2 + (2)2 = 10:
Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori a.. [So] =
S. Gasim
w1 =1
ku1ku1 =1p10(1; 2; 2 1) ;
w2 =1
ku2ku2 =1p26(2; 3;3; 2) ;
w3 =1
ku3ku3 =1p10(2;1;1;2) :
Am gasit So = (w1;w2;w3) o baza ortonormata n [S].