Ufuldstændig basis sætning

I lineær algebra angiver den ufuldstændige basis sætning , at i et vektorrum E ,

Især hævder denne sætning, at hvert vektorrum E indrømmer et grundlag. Faktisk familie vakuum er gratis og kan afsluttes i en grundlæggende E . Dette eksistensresultat sammen med sætningen, ifølge hvilken alle baserne i E har den samme kardinalitet , fører til definitionen af dimensionen af ​​et vektorrum .

Stater

En mere generel sætning af sætningen er som følger:

Ufuldstændig basis sætning. Lad E være et vektorrum, G en genererende del af E og L en fri del. Da findes F ⊂ G \ L som L ∪ F er en grundlæggende E .

Demonstration

Teoremet om ufuldstændigt grundlag eller endog kun eksistensen af ​​et grundlag for ethvert vektorrum svarer til det valgte aksiom . For endeligt genererede rum er der imidlertid bevis for eksistensen af ​​et grundlag, der ikke kræver dette aksiom.

Beviset for den ufuldstændige basis sætning i det tilfælde, hvor G er endelig, er afhængig af følgende algoritme :

  1. Lad være en indledende fri del L  ;
  2. Hvis denne del ikke genererer E , eksisterer der (fordi G genererer E ) en vektor g af G som ikke er en lineær kombination af grundstoffer fra L . Nødvendigt hører g ikke til L  ;
  3. Vi erstatter L med L ∪ { g }, som stadig er gratis (fordi det nye element ikke er en lineær kombination af de foregående). Vi gentager 2 .

Sløjfen ender i et endeligt antal trin (da vi tilføjer til hvert trin et element af G forskelligt fra de foregående, og G er færdig). L er da en generator del, så et basisk E .

Generelt skyldes det første bevis matematikeren Georg Hamel . Et almindeligt bevis bruger Zorns lemma .

Ansøgning

Ethvert vektorunderrum F i et vektorrum E har et yderligere underrum i E  : vi betragter en base B af F, der er afsluttet med en base B ' af E  : det rum, der genereres af vektorerne af B' , der ikke er i B, er en yderligere F .

Bemærkning

Denne sætning, der gælder for ethvert vektorrum, generaliserer ikke til noget modul på en ring . For eksempel er ℤ-modulet ℤ / 2ℤ ikke frit , dvs. har ikke en base. Det afgørende punkt i ovenstående bevis (både i det endelige tilfælde og i det generelle tilfælde) er, at i et vektorrum over et kommutativt felt (men ikke i et modul over enhver ring , selv så simpelt som ℤ / 2ℤ), når vi tilføj til en gratis familie en ny vektor, som den ikke genererer, så er den nye familie stadig fri.

Noter og referencer

  1. For eksempel (i) Michael Artin , Algebra [ udgave af udgaven ], s. 92, proposition 3.15 eller Roger Godement , Cours d'Algebre , 1966, s. 238-240.
  2. Hamel demonstrerer eksistensen af ​​et grundlag for realerne som et vektorrum i forhold til rationelerne. Beviset ved induktion bruger Zermelos sætning, og det er generelt, se artiklen Georg Hamel .
  3. Se ufuldstændig grundlæggende sætning på Wikiversity .