03._spatii_euclidiene.pdf

Upload: cristian-daniel

Post on 06-Jul-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    1/13

    CAPITOLUL 3

     

    SPAŢ II EUCLIDIENE  

    3.1.  Produs scalar  

    Fie (V,R) un spaţiu vectorial . 

    DEFINIŢIA 3.1.1. 

    O aplica ţ ie < , > se numeşte produs scalar real dacă : 

    1)  < x , y > = < y , x > , oricare ar fi . 

    2)  <  λ x , y > =  λ < x , y > , oricare ar fi R şi oricare ar fi . 

    3)  < x + y , z > = < x , z > + < y , z > , oricare ar fi . 4)  < x , x > ≥  0 , oricare ar fi şi < x , x > = 0 x = 0 . 

    EXEMPLUL 1 : 

    Fie V = C [ a , b ] = {  f | ,  f continue } ,  f , g C [ a , b ] 

    Prin definiţie, <  f , g > = . Să  se arate că <  f , g >  reprezintă  un produs

    scalar .

    1)  = = < g , f >

     

    2)  <  λ f , g > = =  λ < f , g > 

    3)  = = 

    = < f , h > + < g , h > 

    4) < f , f > = ≥  0 şi  < f , f > = 0 f ( x ) = 0 oricare ar fi  x [ a , b ] 

      presupunem că  f ( x ) = 0 < f , f > = = 0 

      presupunem că  < f , f > = 0 = 0 

    presupunem că  0 pe [ a , b ] există  [ a , b ] astfel încât

    Dar funcţia  f  este continuă  există  V ε  astfel încât  x V ε  f ( x ) 0

     f 2 ( x ) 0 > 0 , aceasta fiind o contradicţie cu faptul că 

     RV V    →×:

    V  x   ∈,

    V  x   ∈,

    V  z ∈,,V  x ∈   ⇔

    [ ]  Rba f    →,: ∈

    ( ) ( )dx x g  x f b

    a∫

    ( ) ( ) ( ) ( )

    ∫∫  =

    b

    a

    b

    a

    dx x g  x f dx x g  x f 

    ( ) ( ) ( ) ( )∫ ∫=b

    a

    b

    adx x g  x f dx x g  x f    λ λ 

    ( ) ( )[ ]   ( ) ( ) ( ) ( ) ( )∫ ∫∫   +=+b

    a

    b

    a

    b

    adx xh x g dx xh x f dx xh x g  x f 

    ( )∫b

    adx x f 2 ⇔   ∈

    ⇒   ∫b

    adx0

    ⇒   ( )∫b

    adx x f 2

    ≠ f    ⇒   ∈ξ    ( ) 0≠ξ  f 

    ⇒   ∈   ⇒   ≠   ⇒

    ⇒   ≠   ⇒  ( )∫

      −

    ε ξ 

    ε ξ dx x f 2

    Page 1 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    2/13

     = 0 f ( x ) = 0 , oricare ar fi  x [ a , b ] . 

    EXEMPLUL 2 : 

    V = Rn  x Rn  , x = ( x1 , x2 , … , xn )T   , y = ( y1 , y2 , … , yn )

    T  

    prin definiţie, < x , y > = . 

    EXEMPLUL 3 : 

    V = P 2 [ R ] , f ,g P 

    2 [ R ] 

    prin definiţie, < f ,g > = . 

     PROPRIETÃ Ţ  ILE PRODUSULUI SCALAR: 

    1)  Oricare ar fi < θ  , x > = < x ,θ  > = 0 

    Demonstraţie : < 0 • θ  , x > = 0 • < θ  , x > = 0 . 

    2)  <  λ x +  μ y , z > =  λ < x , z > +  μ < y , z >Demonstraţie : <  λ x +  μ y , z > = <  λ x , z > + <  μ y , z > =  λ < x , z > +  μ < y , z > . 

    Consecinţă:<  λ x +  μ y ,  λ x +  μ y > =  λ2 < x ,x > +  λ  μ < x , y > +  μ  λ < y , z > +  μ2 < y , y > . 

    3.2.  Spaţiu euclidian 

    Fie (V,R) un spaţiu vectorial finit dimensional , dim V = n . 

    DEFINIŢIA 3.2.2. 

    Un spa ţ iu vectorial (V,R) finit dimensional, peste care s-a definit un produs scalar se numeşte pa ţ iu euclidian . 

    EXEMPLUL 1 : x2 

    V = R2  , fie X R2  , X( x1 ,x2 ) 

    - x2  •X( x1 ,x2 ) 

    lung || x || =

    (lungimea vectorului x ) |< x , x > = x21 + x

    22   x1  x1 

    ( )∫b

    adx x f 2

    ⇒   ∈

    ∑=

    n

    i

    ii y x1

    ( ) ( )∫1

    0dx x g  x f 

    V  x ∈   ⇒

    22

    21  x x   +

    Page 2 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    3/13

    || x || =

    EXEMPLUL 2 :(-1,2) • 2- 

    Fie  X( 2 , 1 )  şi Y ( -1 , 2 ) < x , y > = 2( -1 ) + 1• 2 = 0 1- φ  •(2,1) 

    cos φ  = | | |

     

    -1 1 2 Observa ţ ie : 

    Dacă < x , y > = 0  cos φ = 0 φ = deci vectorii x şi y sunt ortogonali.

     

    DEFINIŢIA 3.2.2. 

    Fie (V,R)  un spa ţ iu euclidian . Vectorii  x , y V   sunt ortogonali dacă  < x , y > = 0 .

     

    3.3.  Inegalitatea Cauchy – Buniakowski – Schwartz în spaţii euclidiene 

    Oricare ar fi x , y doi vectori ce apar  ţ in spa ţ iului euclidian (V,R) ,| < x , y > | ≤  || x || • || y || 

    DEMONSTRAŢIE : 

    Cazul 1 : < x , y > = 0  inegalitatea este satisf ăcută . 

    Cazul 2 : < x , y > 0 x θ   şi  y θ   ( conform proprietăţii 1) ) . 

    Considerăm  λ  R  ( oarecare ) . 

    = < x , x > -  λ < y , x > -  λ < x , y > +  λ2 < y , y > =

    = - 2  λ < x , y > +  λ2  ≥  0

    || x ||2  || y ||2 

     λ2 || y ||2 – 2  λ < x , y > + || x ||2 ≥  0 , oricare ar fi  λ  R . 

    < x , y >2 - || y ||2 • || x ||2 ≤  0 < x , y >2 ≤  || x ||2 • || y ||2 

    |< x , y >| = || x || • || y || . 

    3. 4 . Produs scalar complex 

    ><  x x,

    ||||||||,

     y x y x

    • ><

    ⇒   ⇒ 2

    π 

    ∈ )(  y x⊥

    ≠   ⇒   ≠ ≠

    4 4 4 34 4 4 210

    ,≥

    >−−<  y x y x   λ λ 

    321⇓

    ><  x x,43421

    ><  y y,⇔

    ⇔   ∈

    ⇔⎩⎨⎧

    ≤Δ

    >

    0

    0|||| 2 y

    ⇔ ⇔

    Page 3 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    4/13

     

    Fie (V,C) un spaţiu vectorial finit dimensional peste C . 

    DEFINIŢIA 3.4.1. 

    O aplica ţ ie < , > : se numeşte produs scalar complex dacă : 

    1) 

    < x , y > = , oricare ar fi .

     

    2)  <  λ x , y > =  λ < x , y >  , oricare ar fi C  şi oricare ar fi . 

    3)  < x + y , z > = < x , z > + < y , z >  , oricare ar fi . 

    4)  < x , x > ≥  0 şi   < x , x > = 0 x = θ   , oricare ar fi . 

    COROLAR :< x ,  λ y > = < x , y > 

    DEMONSTRAŢIE : 

    < x ,  λ y > = = = < x , y > . 

    EXEMPLUL 1 : 

    Fie V = C . 

    , ,  i = 1 , … , n  . 

    , ,  j = 1 , … , n  . 

    prin definiţie , = .

     

    DEFINIŢIA 3.4.2. 

    Fie (V,K) un spa ţ iu euclidian de dimensiune finit ă , unde K  este R sau C  . Vectorii  x , y V  

    unt ortogonali dacă  < x , y > = 0 .

    3.5. Elemente ortogonale într-un spaţiu euclidian 

    Fie (V,K) un spaţiu euclidian , unde K este R sau C . 

    Fie A V   , fie . 

    DEFINIŢIA 3.5.1. 

    Vectorul x0 este ortogonal pe mul  ţ imea A dacă  x

    0 este ortogonal pe to ţ i vectorii mul  ţ imii A ,

    adică :

    < x0 , a > = 0 , oricare ar fi a A . ( not ăm ) 

    DEFINIŢIA 3.5.2. 

    C V V    →×

    ><  y x,

    V  y x   ∈,

    V ∈,

    V  z  y x   ∈,,

    ⇔ V ∈

    λ 

    ><  x y,λ    λ    ><  x y,   λ 

    ( )T nn  x x x xC  x ,,, 21   K=⇒∈ C  xi ∈

    ( )T n

    n y y y yC  y ,,, 21   K=⇒∈ C  y i ∈

    ∑=

    n

    i

    ii y x1

    ⊂ V  x   ∈0

    ∈  A x   ⊥0

    Page 4 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    5/13

       Mul imea tuturor elementelor ortogonale pe mul imea A se numeşte complementul ortogonalal mul  ţ imii A şi-l not ăm astfel : 

    (1)  . 

    PROPOZIŢIA 3.5.1. 

    Complementul ortogonal al mul  ţ imii A este un subspa ţ iu al spa ţ iului V  . 

    DEMONSTRAŢIE : 

    Din (1) ştim că  mulţimea  A este inclusă în spaţiul V  . 

    , oricare ar fi . 

    , oricare ar fi . 

    < x + y , a > = < x , a > + < y , a > = 0 , oricare ar fi . 

    <  λ x , a > =  λ < x , a > = 0 , oricare ar fi a A . 

    PROPOZIŢIA 3.5.2. 

    Fie (V,K) un spa ţ iu euclidian, unde K  este R sau C . Fie vectorii x1 , x2 , … , xn  V  ,nenuli şi ortogonali doi câte doi . Atunci vectorii  x1 , x2 , … ,

    n  sunt liniar independen ţ i . 

    DEMONSTRAŢIE : 

    Din ipoteză ştim că  , i = 1 , … , n . 

    , oricare ar fi i , j = 1 , … , n , < xi , x j > = 0 pentru i şi  j = = 1 , … , n ,. 

    Fie combinaţia liniară   λ1 x

    1 +  λ

    2 x

    2 + … +  λ

    n x

    n = θ   .

     

    = 0

    θ   0 0 diferit de zero

    0  0 

    , oricare ar fi  j = 1 , … , n .

     

    PROPOZIŢIA 3.5.3. 

    { } A xV  x A   ⊥∈=⊥ |

    0,   >=⇒=⇒< ∑=

     j

    n

    ii  x x ,

    ||

    11 321

    λ +>=<

    >=< j

     j j

     j j j

     x x

     x xλ 

    λ 

    Page 5 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    6/13

      Vectorii x1 , x2 , … , xn  V  ( unde V este un spa iu euclidian ) , sunt liniar

    dependen ţ i = 0 .  (3)

     

    DEMONSTRAŢIE : 

    Presupunem că  x1 , x2 , … , xn  sunt liniar dependenţi . 

    i)  dacă există  xi = θ  , atunci detH = 0 . 

    ii)  presupunem că toţi ( i = 1 , … , n ) . 

    Dacă  xi sunt liniar dependenţi, atunci este adevărat f ără ca toţi scalarii  λi să fie nuli ( i

    = 1 , … , n ) . 

    = 0 , oricare ar fi  j = 1 , … , n θ  

    -  dacă  j = 1  = 0 

    ……………………………………… obţinem un sistem liniar şi omogen de n

    -  dac

    ă  j = n  = 0 ecua

    ţii cu n necunoscute.

     

    Sistemul are soluţia nebanală ( din ipoteză ) , deci detH = 0 . 

    3.6. Baze ortogonale ; Teorema Gramm - Schmidtt 

    Fie V  un spaţiu euclidian real sau complex n  dimensional .Fie B = { b1 , b2 , … , bn } o bază în V . 

    DEFINIŢIA 3.6.1. 

     Baza B este ortogonal ă dacă  , i = 1 , … , n , . ( deci o baz ă este ortogonal ă când

    vectorii ei sunt ortogonali doi câte doi ) 

    DEFINIŢIA 3.6.2. 

    O baz ă ortogonal ă  B = { b1 , b2 , … , bn } este ortonormal ă dacă  || bi || = 1 , unde i = 1 , … , n

    ⇔   ><

    ><

    ><

    =

    nnnn

    n

    n

     x x x x x x

     x x x x x x

     x x x x x x

     H 

    ,,,

    ,,,

    ,,,

    det

    21

    22212

    12111

    K

    M

    K

    K

    0≠i x

    ∑=

    =n

    i

    ii x1

    θ λ 

    >< ∑=

     j

    n

    ii  x x ,

    ||

    11 321

    λ 

    >⇒< ∑=

    11

    , x xn

    i

    iiλ 

    >⇒< ∑=

    n

    n

    i

    ii  x x ,

    1

    λ 

     ji bb ⊥  ji ≠

    Page 6 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    7/13

     EXEMPLUL 1 : 

    versori ai axelor de coordonate < e1 , e2 > = 0

     

    e2( 0,1 )- || e1 || = || e2 || = 1 

    |

    0  e1( 1,0 ) 

    TEOREMA GRAMM – SCHMIDTT : 

    Fie V  un spa ţ iu euclidian , dim V = n . Atunci exist ă în V  o baz ă ortogonal ă . 

    DEMONSTRAŢIE : 

    Fie F = { f 1 , f 2 , … , f n } o bază în spaţiul V  . 

    Fie E = { e1 , e

    2 , … , e

    n } o baz

    ă ortogonal

    ă . 

    e1 = f 1 

    e2 = f 

    2 +  λ

    21 e

    e3 = f 

    3 +  λ

    32 e

    ……………… ei = f i +  λii-1 ei-1 +  λii-2 ei-2 + … +  λi1 e1

     

    ………………………………………. e

    n = f 

    n +  λ

    nn-1 e

    n-1 +  λ

    nn-2 e

    n-2 + … +  λ

    n1 e

    Vom determina scalarii  λij ( i = 2, … , n , j = 1 , … , n ) astfel încât e1 , e2 , … , en să fie ortogonalidoi câte doi . 

     

    < e1 , e

    2 > = < f 

    2 +  λ

    21 e

    1 , e

    1 > = < f 

    2 , e

    1 > +  λ

    21 < e

    1 , e

    1 > = 0 

      şi < e3 , e1 > = 0  şi < e3 , e2 > = 0 

    < e3 , e

    1 > = < f 

    3 +  λ

    32 e

    2 +  λ

    31 e

    1 , e

    1 > = < f 

    3 , e

    1 > +  λ

    32 < e

    2 , e

    1 > +  λ

    31 < e

    1 , e

    1>= 0 

    < e3 , e2 > = < f 3 +  λ32 e2 +  λ31 e1 , e2 > = < f 3 , e2 > +  λ32 < e2 , e2 > +  λ31 < e1 , e2 >= 0 

    0, 2121   >=⇒<

    ><−=

    11

    1221

    ,

    ,

    ee

    e f λ 

    13 ee  ⊥ ⇒⊥ 23 ee

    ><

    ><−=

    11

    1331

    ,

    ,

    ee

    e f λ 

    Page 7 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    8/13

     

    În general , . 

    < e I  , e1 > = < f  I  +  λii-1 e I-1 +  λii-2 e I-2 + … +  λi1 e1 , e1 > = < f  I  ,e1 > +  λii-1 < e I-1 , e1 > + 

    +  λii-2 < e I-2 , e1 > + … +  λi1 < e1 , e1 > = 0 . 

    În general , ( i = 2, … , n , j = 1 , … , n ) .

     

    Am obţinut astfel n vectori e1  , e2  , … , en  ortogonali doi câte doi vectorii sunt liniar

    independenţi . Ştim că dimensiunea spaţiului este n , deci vectorii e1 , e2 , … , en  formează o bază ortogonală . 

    EXEMPLUL 2 :

    Fie ( R3 , R ) un spaţiu euclidian. R3  , x = ( x1 , x2 , x3 )

    T   ; y R3  , y = ( y1 , y2 , y3 )T  

    Fie produsul scalar .

     

    Fie F = { f 1 , f 2 , f 3 } unde , , . Fie E = { e1 , e2 , e3 } .

     

    < f 2

     +  λ21

     e1

     , e1

     > = 0 < f 2

     , e1

     > + < e1

     , e1

     > = 0

    < f 2 , e

    1 > = 1 , < e

    1 , e

    1 > = 2

    ><

    ><−=

    22

    2332

    ,

    ,

    ee

    e f λ 

    121 ,,,   −⊥⊥⊥ iiii eeeeee   K

    ⇒   ><

    ><−=

    11

    1,

    ,

    ee

    e f  iiiλ 

    ><

    ><−=

    −−

    −−

    11

    11

    ,

    ,

    ii

    ii

    iiee

    e f λ 

    ><

    ><−=

     j j

     ji

    ijee

    e f 

    ,

    ,λ 

    ∈ ∈

    ∑=

    >=<3

    1

    ,i

    ii y x y x

    ⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =

    0

    1

    1

    1 f ⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =

    1

    0

    1

    2 f ⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =

    0

    1

    0

    3 f 

    ⎪⎩

    ⎪⎨

    ++=

    +=

    =

    13123233

    12122

    11

    ee f e

    e f e

     f e

    λ λ 

    λ 

    ⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =⇒

    0

    1

    1

    1e

    ⇒⊥ 21 ee ⇔

    ⇒ 2

    1

    ,

    ,

    11

    1221   −=

    ><

    ><−=

    ee

    e f λ 

    Page 8 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    9/13

     

    < f 3 +  λ32 e2 +  λ31 e1 , e1 >= 0 < f 3 , e1 > +  λ32 < e2 , e1 > +  λ31 < e1 , e1 >=0

    < f 3 , e1 > = 1

    < f 3 +  λ

    32 e

    2 +  λ

    31 e

    1 , e

    1 >= 0 < f 

    3 , e

    1 > +  λ

    32 < e

    2 , e

    1 > +  λ

    31 < e

    1 , e

    2 >=0

    < f 3 , e

    2 > = , < e

    2 , e

    2 > =

    PROPOZIŢIA 3.6.1. 

    Fie (V,K) un spa ţ iu euclidian, dim V = n  şi fie un subspa ţ iu al lui V  . Fie B0 = { b1 ,b

    2 , … , b

    n } . Vectorul a V este ortogonal pe V 

    0 dacă şi numai dacă a este ortogonal pe B

    0 . 

    DEMONSTRAŢIE : 

    1) Presupunem că a V  este ortogonal pe V 0  < a , x > = 0 , oricare ar fi x V 0 . 

    Din ipoteză ştim că bi  V 

    0  < a , b

    i > = 0 ( i = 1 , … , p ) a B

    0 . 

    2)  Presupunem că  a B0  < a , bi > = 0 ( i = 1 , … , p ) . 

    Fie  x V 0

      x =  λ1

     b1

     +  λ2

     b2

     + … +  λ p

     b p

     . 

    < a , x > = < a ,  λ1 b

    1 +  λ

    2 b

    2 + … +  λ

     p b

     p > = … +

    3.7.  Izomorfismul spaţiilor euclidiene 

    ⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    −=

    ⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    −⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =

    1

    2

    1

    2

    1

    0

    1

    1

    2

    1

    1

    0

    1

    2e

    ⇒⊥ 13 ee ⇔

    ⇒ 2

    1

    ,

    ,

    11

    1331   −=

    ><

    ><−=

    ee

    e f λ 

    ⇒⊥ 23 ee ⇔

    2

    1−

    2

    3

    ⇒ 3

    1

    ,

    ,

    22

    2332   =

    ><

    ><−=

    ee

    e f λ 

    ⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ −

    =⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    ⎟⎟⎟⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    −+⎟⎟⎟

     ⎠

     ⎞

    ⎜⎜⎜

    ⎝ 

    ⎛ 

    =

    3

    1

    3

    1

    31

    0

    1

    1

    2

    1

    12

    12

    1

    3

    1

    0

    1

    0

    3e

    V V   ⊂0

    ∈   ⇒   ∈

    ∈   ⇒ ⇒   ⊥

    ⊥   ⇒

    ∈   ⇒

    +>< 2211 ,, baba   λ λ 

    0,   >=

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    10/13

    Fie V  şi W  două spaţii euclidiene peste corpul K , unde K este C sau R . 

    DEFINIŢIA 3.7.1. 

     Spa ţ iul V  este izomorf cu spa ţ iul W dacă exist ă  bijectivă astfel încât : 1)

    φ ( x + y ) = φ ( x ) + φ ( y )  , oricare ar fi  x , y V  . 

    2) φ (  λ x ) =  λ φ ( x )  , oricare ar fi  x V  şi oricare ar fi  λ  K  . 3) < x , y > = < φ ( x ) , φ ( y ) >  , oricare ar fi  x , y V  . 

    TEOREMA 3.7.1. 

    Fie V şi W două spa ţ ii euclidiene peste acelaşi corp K  , dim V = dim W = n . tunci . ( adică două spa ţ ii euclidiene de aceeaşi dimensiune sunt izomorfe ). 

    DEMONSTRAŢIE : 

    Fie (V,R) un spaţiu euclidian, dimV = n; fie B = { b1 , b2 , … , bn } o bază în V  . 

    Vom demonstra că V Rn . 

    Dacă  B este o bază  în spaţiul V , conform teoremei Gramm – Schmidtt , din  B vom puteaconstrui o bază ortonormală . 

     E={ e1 , e

    2 , … , e

    n } , ( i = 1 , … , n ,  ), || e

    i ||= 1, || e

    i || =

    Fie  x V    ( , i = 1 , … , n )

     

    Fie  y V    ( ,  j = 1 , … , n )

     

    Definim , φ ( x ) = ( x1 , x2 , … , xn )T   . Funcţia φ este un izomorfism , adică φ

    este bijectivă şi : 1)  φ ( x + y ) = φ ( x ) + φ ( y )  , oricare ar fi  x , y V  . 

    2) φ (  λ x ) =  λ φ ( x )  , oricare ar fi  x V  şi oricare ar fi  λ  K  .

    3) < x , y > = < φ ( x ) , φ ( y ) >  , oricare ar fi  x , y V  . 

    Primele două relaţii sunt evidente. O vom demonstra pe cea de – a treia.  

    Rezultă astfel că V Rn 

    W Rn  , ψ  bijectivă , deci există  , bijectivă . 

    este o funcţie care realizează  un izomorfism între spaţiile V   şiW  . 

    OBSERVAŢ  IE : Demonstraţia în cazul în care corpul de scalari este C este asemănătoare. 

    ( )W V  ≅ W V  →:

    ∈ ∈∈

    ( )W V  ≅

     ji ee ⊥  ji ≠   >< ii ee ,

    ∈   ⇒i

    n

    i

    i e x x   ∑=

    =1

     R xi ∈

    ∈   ⇒ j

    n

    i

     j e y y   ∑=

    =1

     R y  j ∈

    n RV  →:ϕ 

    ∈ ∈

    ( ) ( )∑∑ ∑ ∑∑∑= = = ===

    >====>=

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    11/13

     

    3.8.  Proiecţia unui vector pe un subspaţiu 

    Fie V  un spaţiu vectorial euclidian şi fie V 1  V ( V 

    1 un subspaţiu liniar al lui V ). 

    Fie f V  şi fie f 0

      V 1

     astfel încât ( f – f 0

     ) este perpendicular pe V 1

     . 

    DEFINIŢIA 3.8.1. 

    Vectorul  f 0  cu aceste propriet ăţ i se numeşte proiec ţ ia vectorului f  pe subspa ţ iul V 1  . (  f 0 =

    r V 1

     f  ) 

    PROPOZIŢIA 3.8.1. 

     Dacă exist ă  f 0  V 1 , f 0 = pr V 1 f  , atunci  : || f – f 0 || ≤  || f – f 1 || oricare ar fi  

    1 V  . 

    DEMONSTRAŢIE : 

    || f – f 1 ||2 = < f – f 1 , f – f 1 > = < f – f  0 + f – f 0  , f – f 0 + f 0 – f 1 > = < f – f 0  , f – f 0 > +

     

    + 2< f – f 0 , f 

    1 – f 

    0 > + < f 

    0 – f 

    1 , f 

    0 – f 

    1 > = || f – f 

    0 ||2 + 2< f – f 

    0 , f 

    1 – f 

    0 > + || f 

    0 – f 

    1 || 2= 

    = || f – f 0 ||2 +|| f 0 – f 1 ||

    2  || f – f 1 ||2 = || f – f 0 ||

    2 +|| f 0 – f 1 ||2 

    || f – f 1 ||2 ≥  || f – f 0 ||

    2  || f – f 1 || ≥  || f – f 0 || 

    Imaginea geometrică : 

    f  

    f-f 1

     

    f 1 f-f 0 

    f 0 

    f 0-f 1 

    ∈ ∈

    ⇒   ⇒

    Page 11 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    12/13

    3.9.  Calculul proiecţiei unui vector pe un subspaţiu 

    Fie V un spaţiu euclidian . Fie V 1  V   un subspaţiu al lui V  şi fie f un vector 

    oarecare din V . Presupunem dim V = p  există  E = { e

    1 , e

    2 , … , e

     p } o bază ortonormală. 

    Prin definiţia vectorului  f 0  ştim că  , adică  < f – f 0  , x > = 0 , oricare ar fivectorul x din V 

    1 . ( * ) 

    Din ( * ) şi din faptul că un vector este ortogonal pe un subspaţiu dacă este ortogonal pe vectoriibazei , rezultă că  < f – f 0 , ei > = 0  , oricare ar fi i = 1, … , p . 

    < f , ei > - < f 

    0 , e

    i > = 0 < f 

    0 , e

    i > = < f , e

    i > , oricare ar fi i = 1, … , p . 

    (**)  , oricare ar fi i = 1, … , p 

    pentru că vectorii e1 , e

    2 , … , e

     p sunt liniar independenţi .

    Deci sistemul are soluţie unică c1 , c

    2 , … , c

     p  pe care o înlocuim în relaţia (**) . 

    EXEMPLUL 1 : 

    Fie V = R3  ,  f R3  ,  f = ( 1 , 2 , 1 )T  . 

    Fie V 1  V   un subspaţiu al lui V , . 

    O bază în V 1 este { e1 , e2 } unde : e1 = ( 1 , 0 , 1 ) şi e2 = ( 0 , 1 , 0 ) . 

    Trebuie să calculăm  f 0  V 1  astfel încât . 

    0 = c1 e1 + c2 e2 , şi . 

    ( ) 10 V  f  f    ⊥−

    10 V  f   ∈ ⇒ j

     p

     j

     j ec f    ∑=

    =1

    0   >>=⇒>=>=>=>=<

    ><

    ><

    =

     p p p p

     p

     p

    eeeeee

    eeeeee

    eeeeee

     H 

    K

    MK

    K

    ⊂   ( ) }0,,|{ 211T 

     x x xV  xV    =∈=

    ∈   ( ) 10 V  f  f    ⊥−

    ( ) 10 V  f  f    ⊥−   ⇒   ( ) 10 e f  f    ⊥−   ( ) 20 e f  f    ⊥−

    Page 12 of 13Capitolul 3

    19.04.2008http://cristiann.ase.ro/AlgebraRaduSerban/capitolul3.html

  • 8/17/2019 03._Spatii_euclidiene.pdf

    13/13

     

    < e1

     ,e1

     > = 1 ; < e2

     , e2

     > = 1 ; < f , e1

     > = 1 ; < f , e2

     > = 2 

    1 -  f  c1 = 1 ; c2 = 2 . f 0 = ( 1 , 2 , 0 ) . | 

    |2

    1  f 0 

    ⇒⎩⎨⎧

    >>=>=>=>=