| version 1.1, 2005/01/16 00:22:51 |
version 1.2, 2005/01/16 00:40:45 |
|
|
| % 2005-01-15 - created |
% 2005-01-15 - created |
| % |
% |
| |
|
| % $Platon$ |
% $Platon: doc/statnica-matematika/02-algebra.tex,v 1.1 2005/01/16 00:22:51 nepto Exp $ |
| |
|
| \chapter{Algebra} |
\chapter{Algebra} |
| |
|
| |
\section{Úvod} % /* |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Usporiadaná dvojica:} $(a, b) = \{ \{ a \}, \{ a, b \} \}$ |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Karteziánsky súčin $A$, $B$:} |
| |
$A \times B = \{ (a, b) ~|~ a \in A, b \in B \}$ |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Relácia $\varphi$:} $\varphi \subseteq A \times B$ |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item reflexívna: $(x, x) \in \varphi$ |
| |
\item symetrická: $(x, y) \in \varphi \Rightarrow (y, x) \in \varphi$ |
| |
\item tranzitívna: $(x, y) \in \varphi \land (y, z) \in \varphi \Rightarrow (x, z) \in \varphi$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Zobrazenie:} taká relácia $\varphi$, že $\forall x \in A: |
| |
\exists ! y \in B: (x, y) \in \varphi$ |
| |
|
| |
\begin{itemize} |
| |
\item injektívne: $\forall x, y \in A: x \ne y \Rightarrow \varphi(x) \ne \varphi(y)$ |
| |
\item surjektívne: $\forall y \in B: \exists x \in A: \varphi(x) = y$ |
| |
\item bijektívne: injektívne a surjektívne zároveň |
| |
\end{itemize} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Binárna operácia:} |
| |
|
| |
\begin{itemize} |
| |
\item komutatívna: $a * b = b * a$ |
| |
\item asociatívna $a * (b * c) = (a * b) * c$ |
| |
\item neutrálny prvok $e$:\\ |
| |
$x * e = x$\\ |
| |
$e * x = x$ |
| |
\item inverzný prvok $x'$:\\ |
| |
$x * x' = e$\\ |
| |
$x' * x = e$ |
| |
\end{itemize} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
% */ |
| |
|
| |
\section{Grupy} % /* |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Usporiadaná dvojica $(G, +)$ sa nazýva \underline{grupa}, ak platí: |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $G \ne \emptyset$ |
| |
\item $+$ je asociatívna binárna operácia na $G$ |
| |
\item $+$ má neutrálny prvok $e$ |
| |
\item $\forall x \in G: \exists x' \in G: x + x' = x' + x = e$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Usporiadaná trojica $(A, +, \circ)$ sa nazýva \underline{okruh}, ak platí: |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(A, +)$ je komutatívna grupa |
| |
\item $\circ$ je binárna asociatívna operácia na $A$ |
| |
\item $\circ$ je distributívna vzhľadom na $+$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
|
| |
Ak $\circ$ má $e$, tak okruh nazývame \underline{okruh s jednotkou}.\\ |
| |
Ak $\circ$ je komutatívna, tak okruh nazývame \underline{komutatívny okruh}. |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Usporiadaná trojica $(A, +, \circ)$ sa nazýva \underline{obor integrity}, ak platí: |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(A, +, \circ)$ je okruh |
| |
\item $\forall a, b \in A: a \ne 0 \land b \ne 0 \Rightarrow a \circ b \ne 0$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Usporiadaná trojica $(A, +, \circ)$ sa nazýva \underline{teleso}, ak platí: |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(A, +, \circ)$ je obor integrity |
| |
\item $(A, +, \circ)$ má neutrálny prvok operácie $\circ$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Usporiadaná trojica $(A, +, \circ)$ sa nazýva \underline{pole}, ak platí: |
| |
|
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(A, +, \circ)$ je teleso |
| |
\item $\circ$ je komutatívna |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
% */ |
| |
|
| |
\section{Vektorové priestory} % /* |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Vektorový priestor} nad poľom $F$ je usporiadaná trojica $(V, +, \varphi)$, ktorá: |
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(V, +)$ je komutatívna grupa |
| |
\item $\varphi$ je zobrazenie $\varphi: F \times V \to V$ |
| |
zapisované $\varphi(c, \alpha) = c \alpha$, v ktorom pre $a, b \in F$ a $\alpha, \beta \in V$ |
| |
platí: |
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $(a + b) \alpha = a \alpha + b \alpha$ |
| |
\item $a (\alpha + \beta) = a \alpha + a \beta$ |
| |
\item $a(b \alpha) = (ab) \alpha$ |
| |
\item $1 \alpha = \alpha$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Hovoríme, že sústava $\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n$ vektorov je |
| |
\underline{lineárne závislá}, ak aspoň jeden z nich je |
| |
lineárnou kombináciou zostávajúcich. |
| |
% TODO linearna kombinacia |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Vektorový priestor $(V', \oplus, \psi)$ nazývame \underline{podpriestor} vektorového priestoru |
| |
$(V, +, \varphi)$, ak platí: |
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $V' \subset V$ |
| |
\item $\forall \alpha, \beta \in V': \alpha \oplus \beta = \alpha + \beta$ |
| |
\item $\forall c \in F, \forall \alpha \in V': \psi(c, \alpha) = \varphi(c, \alpha)$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Bázou} vektorového priestoru $F$ nazývame lineárne \underline{nezávislú} sústavu |
| |
vektorov $\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n$ z $V$ nad $F$ takú, že sústava generuje vektorový |
| |
priestor $V$. Označujeme $[\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n] = V$ |
| |
|
| |
Číslo $n$ je počet vektorov v báze a nazývame ho \underline{dimenzia} vektorového priestoru. |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{veta}[Steinitzova o~výmene] |
| |
Nech $V$ je vektorový priestor, $\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n$ sú ľubovoľné vektory z~$V$ |
| |
také, že $V = [\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n]$. Nech $\beta_1, \beta_2, ..., \beta_m$ sú |
| |
lineárne nezávislé vektory.\\ |
| |
Potom existuje $\alpha_{i_1}, \alpha_{i_2}, ..., \alpha_{i_k}$ také, že |
| |
$[\beta_1, \beta_2, ..., \beta_m, \alpha_{i_1}, \alpha_{i_2}, ..., \alpha_{i_k}] = V$. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
% */ |
| |
|
| |
\section{Súčty podpriestorov} % /* |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Nech $S$, $T$ sú podpriestory vektorového priestoru $V$ nad $F$. |
| |
Potom ich \underline{lineárnym súčtom} nazývame množinu\\ |
| |
$S + T = \{ \alpha + \beta ~|~ \alpha \in S, \beta \in T \}$. |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{veta} |
| |
Nech $S$ a $T$ sú podpriestory $V$. Potom aj $S + T$ je podpriestor $V$. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{veta} |
| |
Nech $S$ a $T$ sú podpriestory $V$.\\ |
| |
Potom $dim(S + T) = dim(S) + dim(T) - dim(S \cap T)$. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Nech $S$ a $T$ sú podpriestory $V$, nech $S \cap T = \{ \overline{0} \}$.\\ |
| |
Potom $S + T$ nazývame \underline{direktný súčet} $S$ a $T$ a označujeme ho $S \oplus T$. |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
% */ |
| |
|
| |
\section{Linárne zobrazenia} % /* |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Nech $V$ a $W$ sú vektorové priestory nad $F$.\\ |
| |
Zobrazenie $\varphi: V \to W$ sa nazýva |
| |
\underline{lineárne zobrazenie} ak, $\forall \alpha, \beta \in V, \forall c \in F$: |
| |
\begin{enumerate} |
| |
\item $\varphi(\alpha + \beta) = \varphi(\alpha) + \varphi(\beta)$ |
| |
\item $\varphi(c \alpha) = c \varphi(\alpha)$ |
| |
\end{enumerate} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{veta}[Základná veta o lineárnych zobrazeniach] |
| |
Nech $\alpha_1, \alpha_2, ..., \alpha_n$ je báza vektorového priestoru $V$. Nech $\beta_1, |
| |
\beta_2, ..., \beta_n$ sú ľubovoľné (TODO asi je to blud, tiez ma byt baza?!) vektory z~$W$. Potom $\exists !$ lineárne zobrazenie |
| |
$\varphi: V \to W$, pre ktoré platí:\\ |
| |
$\varphi(\alpha_1) = \beta_1, \varphi(\alpha_2) = \beta_2, ..., \varphi(\alpha_n) = \beta_n$. |
| |
|
| |
Toto zobrazenie je dané predpisom\\ |
| |
$\varphi(c_1 \alpha_1 + c_2 \alpha_2 + ... + c_n \alpha_n) = |
| |
c_1 \beta_1 + c_2 \beta_2 + ... + c_n \beta_n$. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
\underline{Matica lineárneho zobrazenia} \dots TODO nechapem |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
\begin{veta}[Kompozícia lineárnych zobrazení] |
| |
Nech $\varphi: U(F) \to V(F)$ a $\psi: V(F) \to W(F)$ sú lineárne zobrazenia. |
| |
Potom aj $\psi \circ \varphi$ ($= \psi(\varphi)$) je lineárne zobrazenie. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{veta} |
| |
Matica kompozície dvoch lineárnych zobrazení je súčin matíc týchto lineárnych zobrazení v~tomto |
| |
poradí. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{veta}[Inverzné lineárne zobrazenie] |
| |
Inverzné zobrazenie k lineárnemu zobrazeniu, ak existuje, je opäť lineárne. |
| |
\end{veta} |
| |
|
| |
\begin{defn} |
| |
Nech $\varphi: V(F) \to W(F)$ je lineárne zobrazenie. |
| |
\begin{itemize} |
| |
\item \underline{Jadro zobrazenia} $\varphi$ je množina takých $\alpha \in V(F)$, pre ktoré |
| |
$\varphi(\alpha) = \overline{0}$. |
| |
\item \underline{Jadro zobrazenia} $\varphi$ je tiež funkcia $Ker(\varphi) = \{x \in V ~|~ |
| |
\varphi(x) = \overline{0} \}$. |
| |
\item \underline{Obraz zobrazenia} $\varphi$ je možina takých $\beta \in W(f)$, pre ktoré |
| |
$\exists \alpha \in V(f): \varphi(\alpha) = \beta$. |
| |
\item \underline{Obraz zobrazenia} $\varphi$ je tiež funkcia |
| |
$Im(\varphi) = \{\varphi(x) \in W ~|~ x \in V\}$. |
| |
\end{itemize} |
| |
\end{defn} |
| |
|
| |
% */ |
| |
|
| % vim: ts=4 tw=100 |
% vim: ts=4 tw=100 |
| % vim600: fdl=0 fdm=marker fdc=0 fmr=/*,*/ |
% vim600: fdl=0 fdm=marker fdc=0 fmr=/*,*/ |
| |
|