Base y dimensión de un espacio vectorial, cambio de base

Definición: Base. Se llama base de un espacio (o subespacio) vectorial a un sistema generador de dicho espacio o subespacio, que sea a la vez linealmente independiente.

Propiedades de las bases.

1. Una base de S es un sistema generador mini mal de S (lo más pequeño posible).

2. Además es un conjunto independiente maxi mal dentro de S (lo más grande posible).

3. Una base de S permite expresar todos los vectores de S como combinación lineal de ella, de manera única para cada vector.

Ejemplos de bases.

1. La base canónica (o base natural, o base estándar) de n:ℜ e1 = (1,0,. . . ,0) e2 = (0,1,. . . ,0) ........ en = (0,0,. . . ,1) – Son linealmente independientes porque forman un determinante no nulo. - Son sistema generador de n porque todo vector (a1,a2,. . . ,an ) n se puede expresar como combinación lineal ℜ ∈ ℜde ellos: (a1,a2,. . . ,an)= a1(1,0,. . . ,0)+ a2(0,1,. . . ,0)+ . . . + an (0,0,. . . ,1)

Teorema y definición: Dimensión .

Todas las bases de un mismo espacio o subespacio tienen el mismo número de vectores. Se llama dimensión de dicho espacio o subespacio.

• Por tanto, la dimensión es el máximo número de vectores independientes que podemos tener en el espacio o subespacio. En otras palabras, es el máximo rango que puede tener un conjunto de vectores de dicho espacio.

Es también el rango de cualquier sistema generador de dicho espacio.

Espacio vectorial

Dimensión de un espacio vectorial

Descripción: 

Llamamos dimensión de un espacio vectorial al número de vectores que forman una base del espacio vectorial.

La dimensión del espacio vectorial R2 es 2.Es decir, las bases de R2 tienen 2 vectores. La Base Canónica {(1,0),(0,1)} R2 tiene 2 vectores.⊆

También el conjunto de 2 vectores {(3,1),(0,−1)} R2 es una base del espacio vectorial R2 .⊆

Vamos a comprobar que el conjunto {(3,1),(2,−3),(0,−1)} R2 no es una base de R2. Es suficiente que ver que los ⊆vectores no son linealmente independientes:

Si tenemos una combinación lineal igualada a cero α(3,1)+β(2,−3)+γ(0,−1)=(0,0), se obtiene el sistema de ecuaciones lineales: 3α+2β+0γ=0α−3β−γ=0

Este sistema admite múltiples soluciones : β=−3α;γ=10α; α R, no se cumple que todos los escalares valen cero. No ∀ ∈son linealmente independientes. No es una base.

Cambio de base

Definición: Sea v un vector en un espacio vectorial V de dimensiones finitas, y sea nB = {v1, v2, ..., vn } y B = {v1, v2, ..., vn } dos bases. La relación entre [v] By [v]B está dada por [v]B = P[v]B