• Sonuç bulunamadı

uzayının bir tabanı denir

⎣ 1 2 2

2 2 3

3 2 4

⎦ 2→ 2−21

3→ 3−31

⎣ 1 2 2

0 −2 −1

0 −4 −2

3→ 3−22

⎣ 1 2 2

0 −2 −1

0 0 0

⎦ E¸selon formda, son satırın tamamen sıfır olması, bu vektörün di˘ger vektörler cinsinden yazılabilece˘gini, dolayısıyla, −→x −→y −→z vektörlerinin lineer ba˘gımlı olduklarını gösterir.

Örnek 4.28 R3 de −→x =(1, k, 3), −→y =(2, 2, 3) ve −→z =(2, 1, 1) vektörleri lineer ba˘gımlı ise k kaçtır?

Çözüm : −→x −→y −→z lineer ba˘gımlı ise, det¡−→x −→y −→z¢

= 0 olmalıdır. Buna göre,

¯¯

¯¯

¯¯

1  3

2 2 3

2 1 1

¯¯

¯¯

¯¯= 4 − 7 = 0 olması gerekti˘ginden,  = 74 olur.

4.25 Alıştırma R3de −→x = (1 4 3), −→y = (0  3) ve −→z = (2 1 1) vektörleri lineer ba˘gımlı ise  kaçtır?

Yanıt : 215

4.26 Alıştırma R4de −x =(2 0 3 0), −y =(1  2 3), −z =(2 1 0 1) ve −w=(0 1 0 1) vektörleri lineer ba˘gımlı ise  kaçtır?

Yanıt : det¡−→x −→y −→z −→w¢

= 0 e¸sitli˘ginden  = 3 olur.

Taban (Baz)

Tanım V bir vektör kümesi olsun. Bu kümede verilen©−→u1 −→u2  −→uªvektörleri hem lineer ba˘gımsız ise, hem de V deki her vektör, bu vektörler cinsinden yazılabiliyorsa, yani V uzayını geriyorlarsa,©−→u1 −→u2  −→uª

vektörlerine V uzayının bir tabanı denir.

Örne˘gin,~i~j ~k vektörleri R3uzayının bir tabanıdır. Bu üç vektör hem lineer ba˘gımsızdır­

lar, hem de R3uzayını gererler Bu tabana, R3uzayının standart tabanı denir. R3uzayı için sonsuz sayıda taban bulunabilir. Örne˘gin, −→x = (1 1 0)  −→y = (0 1 1) ve −→z = (1 0 1) vektörleri R3de lineer ba˘gımsız olan ve R3’ü geren üç vektördür. Bu vektörler de, R3için bir tabandır. Ruzayındaki  lineer ba˘gımsız vektör, daima Ruzayını gerece˘ginden, R uzayında alınan  vektörden olu¸san her lineer ba˘gımsız vektör kümesi, R uzayı için bir tabandır.

4.27 Alıştırma R2uzayının farklı iki tabanını yazınız.

4.28 Alıştırma R3uzayının farklı iki tabanını yazınız.

Örnek 4.29 Bir vektör uzayında verilen vektörlerin lineer ba˘gımsız olması, taban ol­

ması için yeterli midir? Bir tane örnek vererek açıklayınız.

Çözüm : Yeterli de˘gildir. Örne˘gin, R3uzayında

→x = (1 0 0) ve −→y = (0 1 0)

vektörleri lineer ba˘gımsızdır. Fakat, R3 uzayını germezler. Bu nedenle©−→x −→yªtaban olamaz.

Örnek 4.30 Bir vektör uzayında verilen vektörlerin, o uzayı germesi, taban olması için yeterli midir? Bir tane örnek vererek açıklayınız.

Çözüm : Yeterli de˘gildir. Örne˘gin, R2uzayında

→x = (1 0), −→y = (0 1) ve −→z = (1 1)

vektörleri R2uzayını gererler. Fakat, bu üç vektör lineer ba˘gımsız olmadıklarından (−→z = −→x + −→y), R2uzayının tabanı de˘gillerdir.

4.29 Alıştırma x = (1 0 0), −→y = (0 1 0)  −→z = (1 1 1) ve −→w = (1 2 3) vektörleri R3uzayının tabanı olabilir mi?

Yanıt : R3de, 4 vektör lineer ba˘gımsız olamayaca˘gından, taban olamazlar.

4.30 Alıştırma x = (1 0 0 0), −→y = (0 1 0 0)  −→z = (1 1 1 0) vektörleri R4 uzayının neden tabanı de˘gildir?

Yanıt : R4uzayını, 3 vektörle germek mümkün olmadı˘gından taban olamazlar.

Not

u1 −u2 · · ·  −→uvektörleri tarafından gerilen, Sp©−→u1 −→u2 · · ·  −→uª

= V

uzayından, seçilecek maksimum sayıdaki lineer ba˘gımsız vektör, V uzayının bir tabanı olur. R uzayından seçilen herhangi  tane lineer ba˘gımsız vektör, R uzayının ta­

banıdır.

Tanım V bir vektör uzayı olsun. V uzayının tabanındaki vektör sayısına V uzayının boyutu denir ve  (V) ile gösterilir.  (R) =  oldu˘gu açıktır.  boyutlu bir uzaydan seçilen  vektör, bu uzayın bir tabanıdır.

Öklid ˙Iç Çarpımını Kullanarak ˙Iki Vektörün Arasındaki Açının Bulunması

4.7

Teorem

x ve −y ,Ruzayında iki vektör olsun. −x ve −y arasındaki açı  ise, cos  =

­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°°

’dir.

Kanıt : R uzayında, aralarındaki açı  olan −→x ve −→y vek­

törlerini alalım. −→x −→y ve −→x − −→y vektörleri ¸sekildeki gibi bir üçgen olu¸stururlar ve bu üçgenin kenarları °°−→x°° °°−→y°° ve°°−→x − −→y°° uzunlu˘guna sahiptir. ¸Simdi, Kosinüs teoremini uygulayaca˘gız.

°°−→x − −→y°°2=°°−→x°°2+°°−→y°°2− 2°°−→x°°°°−→y°° cos  e¸sitli˘ginde, sol taraftaki°°−→x − −→y°°2normunu,

°°−→x − −→y°°2 = ­−→x − −→y −→x − −→y®

= ­−→x −→x®

−­−→x −→y®

−­−→y −→x®

+­−→y −→y®

= °°−→x°°2− 2­−→x −→y®

+°°−→y°°2

¸seklinde yazarsak,

°°−→x°°2− 2­−→x −→y®

+°°−→y°°2=°°−→x°°2+°°−→y°°2− 2°°−→x°°°°−→y°° cos  e¸sitli˘ginde, sadele¸stirmeler yapılarak,­−→x −→y®

=°°−→x°°°°−→y°° cos  elde edilir. Böylece, cos  =

­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°° bulunur. ♣

Örnek 4.40 Sıfırdan farklı iki vektörün dik olmasıyla, iç çarpımları arasında nasıl bir ba˘gıntı vardır?

Çözüm : Aralarındaki açı 90olan −→x ve −→y vektörlerini alalım. cos 90= 0 oldu˘gundan, cos  =

­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°° = 0 e¸sitli˘ginden,­−→x −→y®

= 0 elde edilir. Sonuç olarak, iki vektörün iç çarpımı 0 ise, bu iki vektör birbirine dik olacaktır.

(−→x ve −→y birbirine diktir) −→x ⊥ −→y ⇔­−→x −→y®

= 0

Not

Bir V vektör uzayının, tabanındaki tüm vektörler birbirine dik ise, bu tabana V uzayının ortogonal tabanı denir. Bu vektörlerin herbiri ayrıca birim vektör ise bu tabana ortonormal taban denir.

Örne˘gin, R2uzayında,

©−→u1= (3 4)  −→u2= (4 −3)ª

bir ortogonal tabandır. Bu vektörlerin herbirinin normuna bölünerek birim yapılırsa, elde

edilen ½µ

3 54

5

 µ4

5−3 5

¶¾

tabanı, bir ortonormal tabandır. R3uzayında da,

©−→u1= (1 2 2)  −→u2= (2 1 −2)  −→u3= (2 −2 1)ª tabanı bir ortogonal taban,

½−→u1= 1

3(1 2 2)  −→u2=1

3(2 1 −2)  −→u3=1

3(2 −2 1)

¾

tabanı ise bir ortonormal tabandır.

Örnek 4.43 R2uzayının −→u = (5, 12) vektörünü içeren bir ortogonal tabanını bu­

lunuz ve bu tabandan da bir ortonormal taban elde ediniz.

Çözüm : −→v = (−12 5) alınırsa,­−→u −→v®

= 0 olaca˘gından,

©−→u = (5 12) ; −→v = (−12 5)ª bir ortogonal taban olur. Her bir vektör normuna bölersek,

½µ 5 1312

13

; − µ−12

13  5 13

¶¾

ortonormal tabanını elde ederiz.

Not

Ortogonal bir matriste :

i) Tüm satır ve tüm sütun vektörleri birbirine diktir.

ii) Tüm satır ve sütun vektörlerinin uzunlu˘gu 1’dir.

Örnek 4.44 A = 1 2

⎢⎢

−1 −1 1 1

−1 1 −1 c

−1 b 1 −1

−1 −1 a −1

⎥⎥

⎦ matrisi bir ortogonal matris ise, a =?

b =? c =?

Çözüm : h1 2i = 0 e¸sitli˘ginden,  = 1 h1 3i = 0 e¸sitli˘ginden,  = 1 ve son olarak, h1 4i = 0 e¸sitli˘ginden,  = −1 elde edilir. Bu    de˘gerleri için  =  oldu˘gunu görebilirsiniz.

Öklid ˙Iç Çarpımını Kullanarak Alan Hesaplamalarının Yapılabilmesi

4.8

Teorem

x ve −y ,Ruzayında iki vektör olsun. −x ve −y arasındaki açı  olmak üzere, −x ve −y ile olu¸sturulan paralelkenarın alanı

¡−→x −→y¢

=q­−→x −→x® ­−→y −→y®

−­−→x −→y®2

’dir.

Kanıt : Aralarındaki açı  olan, −→x ve −→y vektörleriyle olu¸sturulan paralelkenarın alanını

¡−→x −→y¢

=°°−→x°°°°−→y°° sin  ile bulabiliriz. sin  =√

1 − cos2yazalım. Di˘ger yan­

dan, cos  = ­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°° oldu˘gunu da kullanırsak,

¡−→x −→y¢

= °°−→x°°°°−→y°° vu

ut1 − ­−→x −→y®2

°°−→x°°2°°−→y°°2

= q°

°−→x°°2°°−→y°°2−­−→x −→y®2

= q­−→x −→x® ­−→y −→y®

−­−→x −→y®2

elde edilir. Üçgenin alanı için bu de˘ger 2’ye bölünür. ♣

Örnek 4.47 −→x =(1, 3, 2) ve −→y =(2, 3, 1) vektörleriyle olu¸sturulan paralelkenarın alanını bulunuz.

Çözüm : ¡−→x −→y¢

=q­−→x −→x® ­−→y −→y®

−­−→x −→y®2

e¸sitli˘ginden,

¡−→x −→y¢

=√

14 · 14 − 132= 3√ 3 elde edilir.

Örnek 4.48 Kö¸selerinin koordinatları A (1, 1, 1)  B (4, 1, 3) ve C (1, 3, 4) olan üçgenin alanını bulunuz.

Çözüm : Önce noktadan vektöre geçelim.

→x =−−→

 =  −  = (3 0 2) ve −→y =−→

 =  −  = (0 2 3) denilirse, üçgenin alanı :

 () = 1 2

q­−→x −→x® ­−→y −→y®

−­−→x −→y®2

=1 2

√13 · 13 − 62= 1 2

√133 bulunur.

Örnek 4.49. ¸Sekildeki dikdörtgenler prizması ¸seklin­

deki odanın bir kö¸sesinde bulunan üçgen duvarın odaya bakan yüzü boyanacaktır. T [MC]’nin orta noktası, S ise [ML]’nin orta noktası oldu˘guna göre, bu yüzün alanını bulunuz.

Çözüm : N(6 0 0)  S(0 4 0) ve T(0 0 5) oldu˘gundan,

→x =−→NT =T−N= (−6 0 5)

→y =−→NS =S−N= (−6 4 0) oldu˘gu göz önüne alınırsa,

 () = 1 2

q­−→x −→x® ­−→y −→y®

−­−→x −→y®2

= 1 2

p61 · 52 − 362=√ 469 elde edilir.

4.48 Alıştırma Kö¸selerinin koordinatları (1,1,0) (2,3,3) ve (2,1,1) olan üçgenin alanını bulunuz.

Yanıt :√ 3.

4.49 Alıştırma x = (1 2) ve −→y = (2 1) vektörleriyle olu¸sturulan paralelkenarın alanını bulunuz.

Yanıt : 3.

Örnek 4.50 Kö¸selerinin koordinatları A (1, 1, 1)  B (2, 2, 1) ve C (1, 3, 3) olan üç­

genin çevrel çemberinin alanını hesaplayınız.

Çözüm : sin 

 = 1

2 ( :Çevrel çemberin yarıçapı) oldu˘gunu hatırlayınız. Buna göre,

→x =−−→ = (1 1 0) ve −→y =−→ = 0 oldu˘gundan, cos  =

­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°° = 2

√2√ 8 =1

2 ⇒ sin  =

√3 2 bulunur. Buradan,  = || =q

(−1)2+ 12+ 22=√

6 oldu˘gundan,

 = 

2 sin  =

√6

√3 =√ 2 bulunur ki, çevrel çemberin alanı :  = 2= 2 elde edilir.

4.50 Alıştırma R4uzayında kö¸selerinin koordinatları  (1 0 1 2)   (1 2 3 4) ve

 (4 2 3 1) olan üçgenin çevrel çemberinin alanını hesaplayınız.

Yanıt : 27 5

Öklid ˙Iç Çarpımını Kullanarak Dik ˙Izdü¸süm Vektörünün Bulunması

4.9

Teorem

x −y ∈ Rsıfırdan farklı vektörleri verilsin. −x vektörünün, −y vektörü üzerindeki dik izdü¸süm vektörü ile bu vektörün uzunlu˘gu

→x−y = ˙Izdy ¡−→x¢

=

­−→x −→y®

­−→y −→y®−→y ve °°−→x−y

°° = ­−→x −→y®

°°−→y°° ile bulunur.

Kanıt : ~e −→y do˘grultusundaki birim vektör olsun. Buna göre,

~ e= −→y

°°−→y°° = −→x

°°−→x

°°

yazılabilir. Bu e¸sitlikten, −→x =

°°−→x

°°

°°−→y°° −→y elde edilir.

Di˘ger yandan,

°°−→x

°° =°°−→x°° cos  =°°−→x°° ­−→x −→y®

°°−→x°°°°−→y°° =

­−→x −→y®

°°−→y°° oldu˘gu kullanılırsa,

→x= ˙Izdy ¡−→x¢

=

­−→x −→y®

°°−→y°°2 −→y =

­−→x −→y®

­−→y −→y®−→y bulunur. ♣

Örnek 4.51 −→x =(1, 1, 3) vektörünün −→y =(2, 3, 1) vektörü üzerindeki dik izdü¸süm vektörünü bulunuz.

Çözüm : Formül uygulanarak

˙Izdy ¡−→x¢

=

­−→x −→y®

­−→y −→y®−→y = 8 14−→y =4

7(2 3 1)

elde edilir. Siz, formül uygulamak yerine, kanıtta kullandı˘gımız yöntemle bulmaya çalı¸sınız.

4.51 Alıştırma x = (0 1 1 0 1) vektörünün −→y = (0 1 1 1 1) vektörü üzerindeki dik izdü¸süm vektörünün uzunlu˘gunu bulunuz.

Yanıt :°°−→x−y

°° = ­−→x −→y®

°°−→y°° =3 2.

4.52 Alıştırma x = (2 1 1) vektörünün −→y = (1 1 3) vektörü üzerindeki dik izdü¸süm vektörünü bulunuz.

Yanıt : −→x= 6

11(1 1 3) 

Benzer Belgeler