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Universidad · Álgebra I
Espacios vectoriales · Estructura vectorial

Suma, intersección y suma directa

Un desplazamiento en el plano puede describirse como «tanto hacia el este como hacia el norte», o como «tanto en la dirección de una carretera como en la de otra». Siempre se descompone en dos componentes, pero ¿cuándo esa descomposición existe para todo vector y cuándo es única? La respuesta está en cómo se relacionan dos subespacios entre sí.

Intersección y suma de subespacios

Dos rectas por el origen en el plano, el eje x como subespacio U y el eje y como W, cuya suma es todo el plano y cuya intersección es solo el origen. U W u + w
Practica★☆☆Sin empezar
Sean $U=\operatorname{span}\{(1,0,0)\}$ y $W=\operatorname{span}\{(0,1,0)\}$. Calcula $U+W$ y $U\cap W$ e indica si la suma es directa.

Sean $U=\operatorname{span}\{(1,0,0)\}$ y $W=\operatorname{span}\{(0,1,0)\}$. Calcula $U+W$ y $U\cap W$ e indica si la suma es directa.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Sean $U=\{(x,y,z):z=0\}$ y $W=\{(x,y,z):x=0\}$. Encuentra una base de su intersección.

Sean $U=\{(x,y,z):z=0\}$ y $W=\{(x,y,z):x=0\}$. Encuentra una base de su intersección.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Si $U\subseteq W$ son subespacios, expresa $U+W$ y $U\cap W$ en términos de $U,W$. Justifica.

Si $U\subseteq W$ son subespacios, expresa $U+W$ y $U\cap W$ en términos de $U,W$. Justifica.

Resolver

Suma directa y descomposición única

Practica★☆☆Sin empezar
Descompón $(3,-2,5)$ como suma de un vector del plano $z=0$ y otro del eje $z$. ¿Es única? Las líneas auxiliares muestran las direcciones permitidas para la…

Descompón $(3,-2,5)$ como suma de un vector del plano $z=0$ y otro del eje $z$. ¿Es única?

Las líneas auxiliares muestran las direcciones permitidas para la descomposición.

x y z O z = 0 v
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Sean $U=\operatorname{span}\{(1,0,1),(0,1,1)\}$ y $W=\operatorname{span}\{(1,1,0)\}$. Comprueba si $\mathbb R^3=U\oplus W$ y descompón $(2,1,3)$ cuando proceda.

Sean $U=\operatorname{span}\{(1,0,1),(0,1,1)\}$ y $W=\operatorname{span}\{(1,1,0)\}$. Comprueba si $\mathbb R^3=U\oplus W$ y descompón $(2,1,3)$ cuando proceda.

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Practica★★☆Sin empezar
Un desplazamiento plano debe escribirse como suma de uno paralelo a $u=(1,1)$ y otro paralelo a $v=(1,-2)$. Obtén la descomposición de $d=(4,1)$ y argumenta su unicidad.…

Un desplazamiento plano debe escribirse como suma de uno paralelo a $u=(1,1)$ y otro paralelo a $v=(1,-2)$. Obtén la descomposición de $d=(4,1)$ y argumenta su unicidad.

Las tres flechas permiten comparar el desplazamiento con las direcciones disponibles.

x y 0 −1 1 2 3 4 5 6 2 1 −1 −2 u = (1, 1) v = (1, −2) d = (4, 1)
Resolver

Fórmula de Grassmann

Diagrama de bases: la base de la intersección se comparte, la de U añade vectores propios y la de W añade otros, y juntas forman una base de la suma. U: z y u W: z y w intersección: base z base de U+W: z, u, w
Practica★☆☆Sin empezar
Dos subespacios $U,W$ tienen dimensiones tres y dos, y su intersección dimensión uno. Calcula la dimensión de $U+W$.

Dos subespacios $U,W$ tienen dimensiones tres y dos, y su intersección dimensión uno. Calcula la dimensión de $U+W$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
En $\mathbb R^4$, sean $U=\operatorname{span}\{e_1,e_2,e_3\}$ y $W=\operatorname{span}\{e_2,e_3,e_4\}$. Comprueba la fórmula de Grassmann con bases explícitas.

En $\mathbb R^4$, sean $U=\operatorname{span}\{e_1,e_2,e_3\}$ y $W=\operatorname{span}\{e_2,e_3,e_4\}$. Comprueba la fórmula de Grassmann con bases explícitas.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Prueba la fórmula $\dim(U+W)=\dim U+\dim W-\dim(U\cap W)$ completando una base de la intersección.

Prueba la fórmula $\dim(U+W)=\dim U+\dim W-\dim(U\cap W)$ completando una base de la intersección.

Resolver

Complementos y descomposiciones en espacios de funciones

Una recta U en el plano con dos complementos distintos, el eje horizontal y una recta oblicua, ambos válidos para descomponer. U W1 W2
Practica★☆☆Sin empezar
En $\mathcal P_3(\mathbb R)$, considera los polinomios pares $E$ y los impares $O$. Da bases de ambos y decide si $\mathcal P_3(\mathbb R)=E\oplus O$.

En $\mathcal P_3(\mathbb R)$, considera los polinomios pares $E$ y los impares $O$. Da bases de ambos y decide si $\mathcal P_3(\mathbb R)=E\oplus O$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
En $M_2(\mathbb R)$, descompón $A=\begin{pmatrix}2&5\\-1&3\end{pmatrix}$ en una matriz simétrica y otra antisimétrica. Explica por qué la descomposición es única.

En $M_2(\mathbb R)$, descompón $A=\begin{pmatrix}2&5\\-1&3\end{pmatrix}$ en una matriz simétrica y otra antisimétrica. Explica por qué la descomposición es única.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Sea $U=\{(x,y,z):x+y+z=0\}$ y $W_a=\operatorname{span}\{(1,1,a)\}$. Determina para qué $a\in\mathbb R$ se tiene $\mathbb R^3=U\oplus W_a$.

Sea $U=\{(x,y,z):x+y+z=0\}$ y $W_a=\operatorname{span}\{(1,1,a)\}$. Determina para qué $a\in\mathbb R$ se tiene $\mathbb R^3=U\oplus W_a$.

Resolver

Propiedades y demostraciones

Tres rectas distintas por el origen en el plano: cada par suma todo el plano, pero la intersección de la suma de dos de ellas con la tercera no coincide con la suma de las intersecciones. U W Z
Practica★★☆Sin empezar
En $\mathcal P_2(\mathbb R)$, sean $U=\{p:p(0)=0\}$ y $W=\{p:p(1)=0\}$. Halla bases de la suma y la intersección.

En $\mathcal P_2(\mathbb R)$, sean $U=\{p:p(0)=0\}$ y $W=\{p:p(1)=0\}$. Halla bases de la suma y la intersección.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Sean $U,W,Z$ subespacios. Demuestra $U+(W\cap Z)\subseteq(U+W)\cap(U+Z)$ y da un ejemplo en $\mathbb R^2$ donde la inclusión sea estricta.

Sean $U,W,Z$ subespacios. Demuestra $U+(W\cap Z)\subseteq(U+W)\cap(U+Z)$ y da un ejemplo en $\mathbb R^2$ donde la inclusión sea estricta.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Sean $U,W\subset\mathbb R^5$ con $\dim U=\dim W=3$. Determina todos los valores posibles de $\dim(U\cap W)$ y construye ejemplos usando la base usual.

Sean $U,W\subset\mathbb R^5$ con $\dim U=\dim W=3$. Determina todos los valores posibles de $\dim(U\cap W)$ y construye ejemplos usando la base usual.

Resolver

Vuelve al principio: la descomposición de un desplazamiento en dos direcciones existe para todo vector cuando la suma es todo el espacio, y es única exactamente cuando los subespacios se cortan solo en el origen.

Resumen

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