Odpovědi na otázky položené v 11. kvízu v Lineární algebře 1.

Zde najdete řešení kvízových otázek a odpovědi na dotazy z kvízu. Je možné, že byly zodpovězeny v rámci řešení, přeřazeny z jedné kategorie do druhé nebo že je v seznamu odpověď na velice podobný dotaz někoho jiného.

Výsledky kvízu jsou pod zvolenou přezdívkou k nalezení v tabulce zde.

Řešení kvízu

Které z uvedených podmínek charakterizují, že jsou dva konečně generované vektorové prostory \(\mathbf{V}\) a \(\mathbf{W}\) nad tělesem \(\mathbb{Z}_p\) isomorfní?
Správná byla pouze odpověď, že jejich nosné množiny mají stejnou mohutnost. Stačí si uvědomit dvě věci. Za prvé, z mohutnosti nosné množiny se v našem případě pozná dimenze vektorového prostoru. Pokud má \(\mathbf{V}\) dimenzi \(d\), pak \(\mathbf{V}\) je isomorfní aritmetickému vektorovému prostoru \(\mathbb{Z}_p^d\), a tedy nosná množina \(\mathbf{V}\) musí mít \(p^d\) prvků. Za druhé, konečně generované vektorové prostory jsou isomorfní, právě když mají stejnou dimenzi (věta 6.30 na str. 209 skript). Ostatní dvě možnosti nebyly správně. I pokud jsou \(\mathbf{V}\) a \(\mathbf{W}\) podprostory stejného aritmetického vektorového prostoru, nemusí mít stejnou dimenzi, a tedy nemusí být isomorfní. Uvažte například podprostory \(\mathbf{V}=\{0\}\) a \(\mathbf{W}=\mathbb{Z}_p^2\) vektorového prostoru \(\mathbb{Z}_p^2\). Pokud jsou \(\mathbf{V}\) a \(\mathbf{W}\) aritmetické vektorové prostory, také ještě nemusí být isomorfní. Uvažte například \(\mathbf{V}=\mathbb{Z}_p^2\) a \(\mathbf{W}=\mathbb{Z}_p^3\).
Které z uvedených vlastností má vždy matice automorfismu?
Musí být čtvercová (víceméně přímo z definice) a regulární podle tvrzení 6.14 na str. 202 skript. V odstupňovaném tvaru naproti tomu být nemusí.
Jaká je dimenze vektorového prostoru \(\operatorname{Hom}(\mathbb{R}^3, \mathbb{R}^7)\)?
Podle tvrzení 6.35 na str. 210 skript je to \(7\cdot 3 = 21\).
Která z uvedených zobrazení jsou lineární formy? Všechny vektorové prostory uvažujte nad tělesem reálných čísel \(\mathbb{R}\).
Byla uvedena tři zobrazení: \(f\colon\mathbb{R}^3\to\mathbb{R}\) dané předpisem \(f(\mathbf{v})=\lvert\mathbf{v}\rvert\), zobrazení \(g\colon\mathbb{C}\to\mathbb{C}\), které přiřadí komplexnímu číslu \(z\) číslo komplexně sdružené, a zobrazení \(h\colon\mathbb{C}\to\mathbb{R}\), které přiřadí komplexnímu číslu \(z\) jeho reálnou část. Z těchto zobrazení je lineární formou pouze poslední zobrazení \(h\). První zobrazení není vůbec lineární, jak bylo vysvětleno v odpovědích na kvíz č. 10, a druhé zobrazení neodpovídá definici 6.19 na str. 204 (lineární forma nad tělesem \(\mathbb{R}\) musí být zobrazení tvaru \(\mathbf{V}\to\mathbb{R}\)).

Matematické dotazy

Budeme ke zkoušce potřebovat znát nějakou formální definici pojmu "nosná množina", nebo nám bude stačit nějaká laická představa "množina všech prvků prostoru"?
To je vlastně definice. Vektorový prostor je formálně podle definice 5.1 trojice \(\mathbf{V}=(V,+,\cdot)\), kde \(V\) je množina a \(+\colon V\times V\to V\) a \(\cdot\colon T\times V\to V\) jsou zobrazení, kterým v tomto kontextu říkáme operace. Množině \(V\) se říká nosná množina (a \(T\) je ve stejném smyslu nosná množina tělesa, nad kterým je náš prostor definován).

Organizační dotazy

Bylo by možné uvést příklad takovéto úlohy ze zkoušky: "oprava chybného tvrzení s uvedením protipříkladu." Jedná se o jediný typ úlohy, který může být na zkoušce, přičemž na midtermu nebyl.
Ano, to je pravda, tento typ v midtermu použit nebyl. V otázce bude v tom případě uvedeno (a jako takové označeno) chybné tvrzení. Například tvrzení "Je-li \(G\) konečná množina generátorů vektorového prostoru \(\mathbf{V},\) potom každou konečnou posloupnost \((\mathbf{v}_1, \mathbf{v}_2, \dots, \mathbf{v}_n)\) ve \(\mathbf{V}\) je možné prvky \(G\) doplnit na bázi \(\mathbf{V}\)." Úkolem bude tvrzení opravit, tj. v tomto případě přidat, že posloupnost musí být lineárně nezávislá, a uvést konkrétní příklad, kdy původní tvrzení nemohlo platit (např. pro \(\mathbf{V}=\mathbb{R}^2\), \(G=\{\mathbf{e}_1,\mathbf{e}_2\}\) a jednoprvkovou posloupnost \((\mathbf{o})\)).