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Matemáticas · Glosario

¿Qué es Subespacio?

Definición 18.3 Matemáticas universitarias — Grado 1 · Capítulo 18 — Espacios vectoriales

F⊆EF \subseteq E es un subespacio cuando 0E∈F0_E \in F y FF es estable por la suma y por la multiplicación por escalares — equivalentemente:

F≠∅and∀x,y∈F, ∀λ∈K,x+λy∈F.F \neq \emptyset \qquad\text{and}\qquad \forall x, y \in F,\ \forall \lambda \in K,\quad x + \lambda y \in F .

Un subespacio es él mismo un espacio vectorial. Toda intersección de subespacios es un subespacio; una unión casi nunca lo es (misma demostración que en el Ejercicio 7.6).

Ejemplos

Ejemplo 18.4

En F(R,R)\mathcal{F}(\R, \R): las funciones continuas, las derivables, los polinomios de grado ≤n\leq n (escrito Kn[X]K_n[X] dentro de K[X]K[X]), las soluciones de una ecuación diferencial lineal homogénea (el Teorema 5.10 decía justo eso). No ejemplos: {f:f(0)=1}\{f : f(0) = 1\} (no contiene el cero), o el grado exactamente nn (no estable por la suma).

Ejemplo 18.5 (Subespacio o no: cuatro veredictos, argumentados)

En el espacio de las sucesiones reales:

  • {u:u acotada}\{u : u \text{ acotada}\} sí es un subespacio: 00 está acotada y, si ∣un∣≤M\abs{u_n} \leq M y ∣vn∣≤M′\abs{v_n} \leq M', entonces ∣un+λvn∣≤M+∣λ∣M′\abs{u_n + \lambda v_n} \leq M + \abs\lambda M'.
  • {u:un→1}\{u : u_n \to 1\} no lo es: falta la sucesión nula (y la suma de dos miembros tiende a 22).
  • {u:u monoˊtona}\{u : u \text{ monótona}\} no lo es: un=nu_n = n y vn=−n+(−1)nv_n = -n + (-1)^n son monótonas y su suma (−1)n(-1)^n no lo es; el axioma que falla es la estabilidad por la suma, aunque el conjunto contenga a 00 y todos los múltiplos escalares de sus miembros.
  • {u:un+1=un2}\{u : u_{n+1} = u_n^2\} no lo es: contiene a 00, pero 2u2u se escapa en cuanto uu es un miembro no nulo (2un+1≠(2un)22u_{n+1} \neq (2u_n)^2 en general) — elevar al cuadrado es la no linealidad.

El orden de trabajo es siempre el mismo: pruébese primero el 00 (lo más barato) y después la estabilidad — y, para refutar, una pareja explícita de contraejemplo gana a cualquier cantidad de dudas.

Ejemplo 18.12 (Una pareja suplementaria en Kn[X]K_n[X])

Fíjese a∈Ka \in K y póngase F={P∈Kn[X]:P(a)=0}F = \{P \in K_n[X] : P(a) = 0\}, G=Vect⁡(1)G = \operatorname{Vect}(1) (las constantes). Entonces Kn[X]=F⊕GK_n[X] = F \oplus G. En efecto, F∩GF \cap G consta de las constantes que se anulan en aa, es decir, {0}\{0\}; y todo PP se descompone como

P=(P−P(a))⏟∈F+P(a)⏟∈G.P = \underbrace{\bigl(P - P(a)\bigr)}_{\in F} + \underbrace{P(a)}_{\in G} .

La descomposición merece memorizarse: restar el valor en un punto es la forma estándar de proyectar sobre las «funciones que se anulan en aa». Nótese que FF es un subespacio grande y GG uno pequeño; una pareja de suplementarios no tiene por qué estar equilibrada en ningún sentido.

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