Рубрика: Алгебра

Учебные материалы по уневерситетскому курсу алгебры

Делители нуля

Делители нуля

Пусть $latex R$ — кольцо, $latex a, b\in R, a,b\ne 0, a\cdot b = 0$. Числа $latex a,b$  называются делителями нуля кольца $latex R$, причем $latex a$ — левый делитель нуля, $latex b$ — правый делитель нуля.

Пример 1:

$latex (C_{[-1;1]},+,\cdot)$ — кольцо непрерывных функций на промежутке $latex [-1,1]$.

$latex f(x)=\begin{cases} x, 0\le x\le 1;\\ 0, -1\le x\le 0.\end{cases}$

$latex g(x)=\begin{cases} -x, -1\le x\le 0;\\ 0, 0\le x\le 1.\end{cases}$

$latex f(x)\cdot g(x)=0$

Пример 2:

Пусть дано $latex P=(M_{2}(R),+,\cdot)$

$latex \begin{pmatrix} 1&1\\ 2&2\end{pmatrix} $$latex \begin{pmatrix} -1&1\\ 1&-1\end{pmatrix} $=$latex \begin{pmatrix} 1&1\\ 2&2\end{pmatrix} $$latex \begin{pmatrix} 1&-1\\ -1&1\end{pmatrix} $

Из равенства видно, что в  кольце $latex P$  присутствуют делители нуля. Как следствие этого, мы можем наблюдать невозможность сокращения обоих частей равенства, так как это приведет нас к неверному равенству, то есть в кольце $latex P$ не действует закон сокращения. Если же в кольце $latex P$ нет делителей нуля, то

$latex a\cdot b=a\cdot c, a\ne 0 \Rightarrow b=c$ — закон сокращения.

Литература:

Делители нуля

Тест


 

Линейная зависимость и независимость систем векторов. Критерии ЛЗ и ЛНЗ.

Теоретический материал

Задача

Выяснить, является ли система векторов линейно зависимой или линейно независимой.

$x_{1}=(1,2,3)$

$x_{2}=(3,6,7)$

Решение:

Построим линейную комбинацию из векторов системы.

$\alpha_{1}x_{1}+\alpha_{2}x_{2}=0$

$\alpha_{1}(1,2,3)+\alpha_{2}(3,6,7)=0$

$(\alpha_{1},2\alpha_{1},3\alpha_{1})+(3\alpha_{2},6\alpha_{2},7\alpha_{2})=0$

$(\alpha_{1}+3\alpha_{2},2\alpha_{1}+6\alpha_{2},3\alpha_{1}+7\alpha_{2})=0$

Далее, необходимо решить однородную систему линейных уравнений.

$\left\{\begin{matrix}
\alpha_{1} &+3\alpha_{2} &=0 \\
2\alpha_{1}&+6\alpha_{2} &=0 \\
3\alpha_{1}&+7\alpha_{2} &=0
\end{matrix}\right. $

Как видим, первое и второе уравнения линейно зависимы, т.е. ранг системы равен 2. Так как ранг системы совпадает с числом неизвестных, то система имеет только нулевое решение.

$\alpha_{1}=\alpha_{2}=0$

Система линейно независима по критерию ЛНЗ.

 Задача

Выяснить, является ли система векторов линейно зависимой или линейно независимой.

$x_{1}=(5,4,3)$

$x_{2}=(3,3,2)$

$x_{3}=(8,1,3)$

Решение:

Построим линейную комбинацию из векторов системы.

$\alpha_{1}x_{1}+\alpha_{2}x_{2}+\alpha_{3}x_{3}=0$

$\alpha_{1}(5,4,3)+\alpha_{2}(3,3,2)+\alpha_{3}(8,1,3)=0$

$(5\alpha_{1},4\alpha_{2},3\alpha_{3})+(3\alpha_{1},3\alpha_{2},2\alpha_{3})+(8\alpha_{1},\alpha_{2},3\alpha_{3})=0$

Составим систему линейных уравнений.

$
\left\{\begin{matrix}
5\alpha_{1}&+4\alpha_{2} &+,3\alpha_{3} &=0 \\
3\alpha_{1}&+3\alpha_{2} &+2\alpha_{3} &=0 \\
8\alpha_{1}&+\alpha_{2} &+3\alpha_{3} &=0
\end{matrix}\right. $

Решим систему уравнений методом Гаусса.

$\begin{pmatrix}
5 &4 &3 \\
3&3 &2 \\
8&1 &3
\end{pmatrix}
\sim
\begin{pmatrix}
-1&-2 &-1 \\
0&-3 &-1 \\
0&-15 &-5
\end{pmatrix}
\sim$ $
\begin{pmatrix}
-1 &-2 &-1 \\
0&-3 &-1
\end{pmatrix}$

$\left\{\begin{matrix}
-\alpha_{1}&-2\alpha_{2} &-\alpha_{3} &=0 \\
&-3\alpha_{2} &-\alpha_{3} &=0
\end{matrix}\right.$

Общее решение системы будет иметь следующий вид:

$\alpha_{3}=-3\alpha_{2}$

$\alpha_{1}=\alpha_{2}$

Т.е. система линейно зависима по первому критерию ЛЗ.

Литература

Тригонометрическая форма комплексного числа


Зададим декартову систему координат на плоскости. Изобразим комплексное число в его геометрической форме.
Угол $\varphi$ — аргумент числа $z$.
Screenshot_3

Между координатами точки существует взаимосвязь, которая верна при различных расположениях точек на плоскости:
$a=r\cos\varphi$, $b=r\sin\varphi$, где $r$ — это модуль комплексного числа $z$.
Эта взаимосвязь получена из определения геометрического представления комплексного числа.
Применив полученные формулы к алгебраической форме комплексного числа $\left(z=a+ib\right)$, мы получим: $z=a+ib=r\cos\varphi+i\left(r\sin\varphi\right)$, таким образом:
$z=r\left(\cos\varphi+i\sin\varphi\right)$ — тригонометрическая форма комплексного числа $z$.

Замечание!

Следует различать запись числа в тригонометрической форме и форме на него похожей:
$z=r\left(\cos\varphi-i\sin\varphi\right)$ — не тригонометрическая форма комплексного числа;
$z=r\left(\sin\varphi+i\cos\varphi\right)$ — не тригонометрическая форма комплексного числа;
$z=r\left(\cos\left(-\varphi\right)+i\sin\varphi\right)$ — не тригонометрическая форма комплексного числа.

Действия над комплексными числами в тригонометрической форме

$z_1=r_1\left(\cos\varphi_1+i\sin\varphi_1\right)$
$z_2=r_2\left(\cos\varphi_2+i\sin\varphi_2\right)$

Умножение

$z_1z_2=r_1r_2\left(\cos\varphi_1\cos\varphi_2-\sin\varphi_1\sin\varphi_2\right)+i\left(\cos\varphi_1\sin\varphi_2+\cos\varphi_2\sin\varphi_1\right)=$ $r_1r_2\left(\cos\left(\varphi_1+\varphi_2\right)+i\sin\left(\varphi_1+\varphi_2\right)\right)$

Деление

$\frac{z_1}{z_2}$=$\frac{r_1\left(\cos\varphi_1+i\sin\varphi_1\right)}{r_2\left(\cos\varphi_2+i\sin\varphi_2\right)}=$ $\frac{r_1}{r_2}\cdot\frac{\left(\cos\varphi_1+i\sin\varphi_1\right)\left(\cos\left(-\varphi_2\right)+i\sin\left(-\varphi_2\right)\right)}{\cos^{2}\varphi_2+\sin^{2}\varphi_2}=$ $\frac{r_1}{r_2}\left(\cos\left(\varphi_1-\varphi_2\right)+i\sin\left(\varphi_1-\varphi_2\right)\right)$

Возведение в степень (Формула Муавра)

$z\in\mathbb{C}$, $z=r\left(\cos\varphi+i\sin\varphi\right)$, $\forall n\in\mathbb{Z}$:
$z^{n}=r^{n}\left(\cos\left(n\varphi\right)+i\sin\left(n\varphi\right)\right)$

Тригонометрическое представление комплексных чисел

Пройдите тест, чтобы узнать хорошо ли Вы поняли материал.


Таблица лучших: Тригонометрическое представление комплексных чисел

максимум из 4 баллов
Место Имя Записано Баллы Результат
Таблица загружается
Нет данных

Список использованной литературы:

  • Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1968, Глава 4, § 18, «Дальнейшее изучение комплексных чисел» стр.117-118;
  • Личный конспект, составленный на основе лекций Г.С.Белозерова
  • Фаддеев Д.К. Лекции по алгебре. М.: Наука, 1984, Глава 2, §2, стр.31-39

Четность перестановки


Перестановка, содержащая четное количество инверсий, называется четной, в противном случае — нечетной.

Лемма. Если в перестановке длинны больше $latex n, n\ge2 $, поменять местами $latex 2$ элемента , то четность поменяется на противоположную.
Доказательство:
Докажем, что всякая транспозиция меняет четность перестановки. Для чисел, стоящих рядом, это утверждение очевидно. Их взаимное расположение относительно других чисел осталось прежним, а перестановка самих чисел меняет общее число инверсий на единицу.
Пусть теперь между переставляемыми числами $latex i$ и $latex j$ находятся $latex s$ других чисел $latex l_1, l_2, \cdots, l_s$, т. е. перестановка имеет вид $latex \cdots, i, l_1, l_2, \cdots, l_s, j, \cdots$.
Будем менять местами число $latex i$ последовательно с рядом стоящими числами $latex l_1, l_2, \cdots, l_s, j$. Затем число $latex j$, стоящее уже перед $latex i$ , переместим влево при помощи $latex s$ транспозиций с числами $latex l_s, l_{s-1}, \cdots, l_1$. Таким образом, всего мы выполним $latex 2s+1 $ транспозиций рядом стоящих чисел. Следовательно, четность перестановки изменится.
Лемма доказана.

Пример четной перестановки
Четная перестановка
Данная перестановка является четной, так как содержит 2 инверсии, числа 3 и 2, 6 и 5 образуют инверсии.
Пример нечетной перестановки
Нечетная перестановка
Данная перестановка является нечетной, так как содержит 3 инверсии, числа 2 и 1, 5 и 4, 7 и 6 образуют инверсии.

Транспозиция меняет четность.
Лемма. Все $latex n!$-перестановок длины $latex n$ можно расположить одну за другой таким образом, что каждая последующая получается из предыдущей одной транспозицией. Причем можно начинать такое упорядочивание с любой перестановки.

Следствие. При $latex n\ge2$ число четных перестановок из $latex n$ символов равно числу нечетных, т.е. $latex \frac{n!}{2}$.

Литература

  1. Белозёров Г.С. Конспект лекций по алгебре и геометрии
  2. Курош А.Г. Курс высшей алгебры 431 стр. М.: Наука, 1968, Стр. 28-30
  3. Воеводин В.В. Линейная алгебра 400 стр. М.: Наука, 1980, Стр. 122-124

Четность перестановки

Четность перестановки


Таблица лучших: Четность перестановки

максимум из 4 баллов
Место Имя Записано Баллы Результат
Таблица загружается
Нет данных

Аддитивная группа направленных отрезков


Теорема.
Множество направленных отрезков произвольной прямой, произвольной плоскости или пространства относительно операции сложения образуют абелеву группу.

  1. Алгебраичность следует из определения операции сложения векторов.
  2. Ассоциативность

    Ассоциативность

    [свернуть]
  3. Коммутативность

    Коммутативность

    [свернуть]
  4. Нейтральный элемент $=0$, $\overline{AB}+\overline{BB}=\overline{AB}$.
  5. Существование противоположного элемента:

    $\overline{AB}+\overline{AB’}=\overline{AA}$
    $\overline{AB’}=\overline{BA}$

    Противоположный элемент

    противоположный элемент

    [свернуть]

Литература:

  1. Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1980 — стр.22-24.
  2. Белозёров Г.С. Конспект лекций.
  3. Кострикин А. И. Введение в алгебру. Часть II. Линейная алгебра М.: Физико-математическая литература, 2000 — стр.12.