关于Fⁿ的子集W对加法与数乘封闭性的验证咨询
最近我在自学线性代数,还没上过正式的相关课程,用的是Stephen H. Friedberg的《Linear Algebra》教材。看到第一章向量空间里1.3节子空间的习题10时,我突然琢磨起一个问题:下面这个Fⁿ的子集W,到底对加法和数乘运算封闭吗?
$$W={(a_1,a_2,...,a_n)\in F^n:a_1+a_2+...+a_n=1}$$
我自己琢磨了一下,觉得它不满足封闭性,理由如下:
先看加法封闭性的验证:
假设W里有两个元素,比如$W_1=(b_1,b_2,...,b_n)$,它满足$b_1+b_2+...+b_n=1$;还有$W_2=(c_1,c_2,...,c_n)$,满足$c_1+c_2+...+c_n=1$。
把它们加起来的话,得到$W_1+W_2=(b_1+c_1,b_2+c_2,...,b_n+c_n)$,这时候所有分量的和是:
$$b_1+c_1+b_2+c_2+...+b_n+c_n= (b_1+b_2+...+b_n)+(c_1+c_2+...+c_n)=1+1=2$$
显然2不等于1,所以这个和不在W里,说明W不封闭于加法。
再看数乘封闭性的验证:
取W里任意一个元素$(a_1,a_2,...,a_n)$,再取域F里任意一个常数c,做数乘得到$cW=(ca_1,ca_2,...,ca_n)$,它的分量和是:
$$ca_1+ca_2+...+ca_n=c(a_1+a_2+...+a_n)=c\times1=c$$
只有当c=1时这个和才等于1,可c是F里任意的常数啊,比如取c=0的话,分量和就是0,根本不在W里。所以W也不封闭于数乘。
其实后来我反应过来,判断是不是子空间最简单的方法就是看零向量在不在里面——很明显零向量的所有分量和是0,不等于1,所以W肯定不是Fⁿ的子空间。但当时就是想亲手验证一下加法和数乘这两个条件,不过一开始还不太确定怎么操作,现在理清楚后就记录下来啦。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者noob anomaly

