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Bases de um Espaço Vetorial

Podemos generalizar o referido no final da última página para espaços vetoriais, definindo o seguinte:

Definição

Considerando um espaço vetorial VV sobre K\mathbb{K}, um conjunto B={v1,v2,⋯ ,vn}⊂V\mathcal{B} = \{v_1, v_2, \cdots, v_n\} \subset V diz-se uma base de VV se e só se B\mathcal{B} é linearmente independente e gerador de VV: L(B)=VL(\mathcal{B}) = V, portanto.

Os conjuntos geradores de espaços como Rm\mathbb{R}^m e Mm×n(R)\mathbb{M}_{m \times n}(\mathbb{R}) são, claro, as respetivas bases canónicas: no caso de Rm\mathbb{R}^m, por exemplo, temos B={e1,e2,⋯ ,em}\mathcal{B} = \{e_1, e_2, \cdots, e_m\}, onde eie_i é o vetor unitário na direção ii.

Coordenadas de um Vetor numa Base

Considerando um espaço vetorial VV sobre K\mathbb{K} e um conjunto B={v1,v2,⋯ ,vn}⊂V\mathcal{B} = \{v_1, v_2, \cdots, v_n\} \subset V tal que L(B)=VL(\mathcal{B}) = V, existirá um conjunto de escalares {c1,c2,⋯ ,cn}⊂K\{c_1, c_2, \cdots, c_n\} \subset \mathbb{K} onde, ∀u∈V\forall u \in V, existe necessariamente um vetor v′∈Knv' \in \mathbb{K}^n (único) em que:

v′=(c1,c2,⋯ ,cn),u=c1v1+c2v2+⋯+cnvn=∑i=1nvi′viv' = (c_1, c_2, \cdots, c_n), \quad u = c_1 v_1 + c_2 v_2 + \cdots + c_n v_n = \sum_{i=1}^n v'_i v_i

No fundo, significa que podemos representar qualquer vetor u∈Vu \in V como uma combinação linear de vetores da base B\mathcal{B} - fisicamente, estamos a transformar a representação de um vetor em coordenadas cartesianas para outro sistema de coordenadas, neste caso, o sistema de coordenadas definido pelos vetores da base B\mathcal{B}.

Dizemos que estes escalares, correspondentes a v′v', correspondem às coordenadas de uu na base B\mathcal{B}, representando a posição de uu no espaço vetorial VV. Podemos representar esta informação da seguinte forma:

(u)B=(c1,c2,⋯ ,cn)∈Kn(u)_{\mathcal{B}} = (c_1, c_2, \cdots, c_n) \in \mathbb{K}^n

Note-se que a correspondência u↦(u)Bu \mapsto (u)_{\mathcal{B}}, V↦KnV \mapsto \mathbb{K}^n, é uma transformação que preserva a adição e a multiplicação por escalares:

(u+v)B=(u)B+(v)B∀u,v∈V(λu)B=λ(u)B∀u∈V,λ∈K(u + v)_{\mathcal{B}} = (u)_{\mathcal{B}} + (v)_{\mathcal{B}} \quad \forall u, v \in V \\ (\lambda u)_{\mathcal{B}} = \lambda (u)_{\mathcal{B}} \quad \forall u \in V, \lambda \in \mathbb{K}