5
Таким образом, для величины (85)
выполнены все условия, имеющие место для кватернионных единиц (см. «Квант» № 2, с. 11). Если теперь любой элемент из линейно зависит от величины , то совпадает с множеством всех кватернионов.
Остается рассмотреть случай, когда в имеется элемент , линейно не зависящий от величины . Положим (см. (59))
(86)
Положим также
(87)
Легко проверяется, что при произвольном значении действительного числа величина принадлежит и не равна нулю. Число выберем таким образом, чтобы выполнялось условие
(88)
Из соответствии (80) следует, что
(89)
Теперь рассмотрим величины . Мы имеем
(90)
Таким образом, мы приходим к выводу, что , что невозможно, так как . Итак, мы пришли к противоречию — теорема Фробенуса доказана.
Добавление о векторных пространствах
Рассмотрим множество всех векторов в трехмерном пространстве с началом в фиксированной точке . Если в пространстве ввести систему координат с началом в точке , то любой вектор единственным образом представляется в виде
(1)
эде — единственные векторы осей , а — некоторые числа (называемые координатами вектора ). При сложении векторов их координаты складывают, а при умножении вектора на число его координаты умножаются на это число, то есть
(2)
(3)
После того, как введены координаты, можно считать, что векторы в пространстве пространства являются тройками чисел и забыть об их геометрическом проискхдении. При та-
ком подхождение изучение становится чисто алгебраическим и базируется на формула (1) — (3).
Алгебраическая подход позволяет без труда определить и векторное пространство с числом изменений большим трех. Именно, при любом п-мерным (артифметическим) векторным пространством называется множество наборов из вещественных чисел, в которой введены операции сложения:
(4)
и умножения на число :
(5)
При этом наборы называются -мерными векторами. Их можно записывать в виде или в виде , как это сделано в статье Л. С. Понтрягина (см. с. 2).
Основным понятием при изучении -мерного векторного пространства является линейной зависимости: набор векторов называется линейно зависящим, если существует такие числа , не все равные нулю, что
Можно показать, что любой набор из более чем штук векторов в -мерном пространстве линейно зависящим; кроме того, в этом пространстве можно указать набор из штук линейно независящих векторов (такой набор зависящая базисом), например набор
Уражнения
- Докажите утверждение о , выделенные курсивом в начале этого Добавления.
- Докажите, что два вектора в пространстве линейно зависящим тогда и только тогда, когда они лежат на одной прямой, а три вектора — когда они лежат в одной плоскости.
- Докажите (геометрические), что любые четыре в пространстве линейно зависящим.
4*. Докажите, что любые векторы в -мерном пространстве линейно зависящим.
5*. Покажите, что совокупность многочленов степени меньше или равной тем объеме априфметической векторное пространство размерности четыре, базисом которого могут служить многочлены .
О. М.