הוכחה:
אם
U
{\displaystyle U}
תת-שדה, התכונה הראשונה מתקיימת כי
0
→
∈
U
{\displaystyle {\vec {0}}\in U}
והשניה בגלל הסגירות. נוכיח את הכיוון השני:
תכונות החילוף, הפילוג, הקיבוץ והנייטרליות לכפל בסקלר נובעות במישרין מקיומן ב-
V
{\displaystyle V}
. נוכיח
0
→
∈
U
{\displaystyle {\vec {0}}\in U}
, קיום נגדי, וסגירות לחיבור ולכפל בסקלר: יהי
a
∈
U
{\displaystyle a\in U}
(קיים כזה, כי
U
≠
∅
{\displaystyle U\neq \emptyset }
). ניקח
u
=
v
=
a
,
α
=
−
1
{\displaystyle u=v=a\ ,\ \alpha =-1}
, ונקבל
0
→
=
a
+
(
−
a
)
=
u
+
α
v
∈
U
{\displaystyle {\vec {0}}=a+(-a)=u+\alpha v\in U}
. אם ניקח
u
=
0
→
,
v
=
a
,
α
=
−
1
{\displaystyle u={\vec {0}}\ ,\ v=a\ ,\ \alpha =-1}
נקבל
−
a
=
u
+
α
v
∈
U
{\displaystyle -a=u+\alpha v\in U}
. יהיו
a
,
b
∈
U
,
β
∈
F
{\displaystyle a,b\in U,\beta \in \mathbb {F} }
. אם ניקח
u
=
a
,
v
=
b
,
α
=
1
{\displaystyle u=a\ ,\ v=b\ ,\ \alpha =1}
נקבל
a
+
b
∈
U
{\displaystyle a+b\in U}
, ואם ניקח
u
=
0
→
,
α
=
β
,
v
=
a
{\displaystyle u={\vec {0}}\ ,\ \alpha =\beta \ ,\ v=a}
נקבל
β
a
∈
U
{\displaystyle \beta a\in U}
לכן,
U
{\displaystyle U}
מ"ו מעל
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
, והוא תת-מרחב של
V
{\displaystyle V}
.
לכל
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
שדה ו-
V
{\displaystyle V}
מרחב וקטורי, קיימת תת קבוצה,
U
=
{
0
}
{\displaystyle U=\left\{0\right\}}
שהינו תת מרחב של
V
{\displaystyle V}
.
לכל
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
שדה ו-
V
{\displaystyle V}
מרחב וקטורי קיימת תת הקבוצה
U
=
V
{\displaystyle U=V}
שהינה תת מרחב של V.
לכל
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
והמרחב הווקטורי
V
=
F
n
{\displaystyle V=\mathbb {F} ^{n}}
, נוכל להגדיר תת קבוצה של
V
,
U
=
{
(
x
1
,
.
.
.
x
n
)
∈
V
∣
x
i
=
0
∀
1
≤
i
≤
n
}
{\displaystyle V,U=\left\{\left(x_{1},...x_{n}\right)\in V\mid x_{i}=0\,\,\forall 1\leq i\leq n\right\}}
. מפני שחיבור וכפל ב-
0
{\displaystyle 0}
נותנים סגירות עבור חיבור וכפל.
לכל
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
ומרחב וקטורי של טורי חזקות פורמליים
V
=
F
[
[
x
]
]
{\displaystyle V=\mathbb {F} \left[\left[x\right]\right]}
נוכל להגדיר
U
=
F
[
x
]
{\displaystyle U=\mathbb {F} \left[x\right]}
מפני ש
U
=
F
[
x
]
⊂
F
[
[
x
]
]
=
V
{\displaystyle U=\mathbb {F} \left[x\right]\subset \mathbb {F} \left[\left[x\right]\right]=V}
ולכן
U
⊂
V
{\displaystyle U\subset V}
.
קבוצת הפתרונות של מטריצה הומוגנית היא תת מרחב
עריכה
תהי מטריצה
A
∈
M
m
×
n
{\displaystyle A\in M_{m\times n}}
עם מקדמים בשדה
F
{\displaystyle \mathbb {F} }
. נתונים
u
,
v
∈
F
n
{\displaystyle u,v\in \mathbb {F} ^{n}}
(וקטורים), ו-
c
∈
F
{\displaystyle c\in \mathbb {F} }
, סקלר, אז מתקיימות התכונות הבאות:
חוק הפילוג חל על כפל מטריצה בוקטורים:
A
(
u
+
v
)
=
A
u
+
A
v
∈
F
m
{\displaystyle A\left(u+v\right)=Au+Av\in \mathbb {F} ^{m}}
.
חוק החילוף
A
(
c
⋅
u
)
=
c
⋅
(
A
u
)
∈
F
m
{\displaystyle A\left(c\cdot u\right)=c\cdot \left(Au\right)\in \mathbb {F} ^{m}}
אזי כאשר
U
=
{
v
∈
F
n
|
A
v
=
0
}
{\displaystyle U=\left\{v\in \mathbb {F} ^{n}|Av=0\right\}}
(קבוצת הפתרונות של מטריצה הומוגנית ) הוא תמיד תת מרחב של
F
n
{\displaystyle \mathbb {F} ^{n}}
מפני ש:
0
∈
U
{\displaystyle 0\in U}
.
u
+
v
∈
U
{\displaystyle u+v\in U}
- יהי
u
,
v
∈
U
{\displaystyle u,v\in U}
אז
A
u
=
0
{\displaystyle Au=0}
וגם
A
v
=
0
{\displaystyle Av=0}
ומכאן
A
(
u
+
v
)
=
A
u
+
A
v
=
0
+
0
=
0
{\displaystyle A\left(u+v\right)=Au+Av=0+0=0}
.
c
u
∈
U
{\displaystyle cu\in U}
- יהי
u
∈
U
{\displaystyle u\in U}
ו-
c
∈
F
{\displaystyle c\in \mathbb {F} }
אז
A
u
=
0
{\displaystyle Au=0}
מכאן
A
(
c
u
)
=
c
(
A
u
)
=
c
⋅
0
=
0
{\displaystyle A\left(cu\right)=c\left(Au\right)=c\cdot 0=0}
.
תהי
A
=
I
n
{\displaystyle A=I_{n}}
אז
U
=
{
v
∈
F
n
∣
I
n
v
=
0
}
=
{
0
}
{\displaystyle U=\left\{v\in \mathbb {F} ^{n}\mid I_{n}v=0\right\}=\left\{0\right\}}
הוא תת מרחב
A
=
0
{\displaystyle A=0}
אז
U
=
{
v
∈
F
n
∣
0
v
=
0
}
=
F
n
{\displaystyle U=\left\{v\in \mathbb {F} ^{n}\mid 0v=0\right\}=\mathbb {F} ^{n}}
יהי
A
=
[
0
…
1
]
{\displaystyle A={\begin{bmatrix}0&\dots &1\end{bmatrix}}}
אז
U
=
{
v
=
[
v
1
⋮
v
n
]
∈
F
n
∣
[
0
…
1
]
[
v
1
⋮
v
n
]
=
0
}
=
{
[
v
1
⋮
v
n
]
∈
F
n
∣
v
n
=
0
}
{\displaystyle U=\left\{v={\begin{bmatrix}v_{1}\\\vdots \\v_{n}\end{bmatrix}}\in \mathbb {F} ^{n}\mid {\begin{bmatrix}0&\dots &1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}v_{1}\\\vdots \\v_{n}\end{bmatrix}}=0\right\}=\left\{{\begin{bmatrix}v_{1}\\\vdots \\v_{n}\end{bmatrix}}\in \mathbb {F} ^{n}\mid v_{n}=0\right\}}
תת מרחב.