diff --git a/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.pdf b/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.pdf index 0c80d6d..4d2ecb9 100644 Binary files a/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.pdf and b/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.pdf differ diff --git a/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.tex b/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.tex index 3c94be8..1da3aa8 100644 --- a/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.tex +++ b/Geometria 1/Spazi affini/2023-04-28, Indipendenza e applicazioni affini/main.tex @@ -88,7 +88,7 @@ \end{remark} \begin{definition} [direzione di un sottospazio affine] - Si definisce $D_0$ come la \textbf{direzione} del sottospazio affine $D$. + Si definisce $D_0 = \Giac(D) = \{ P - Q \mid P, Q \in D \} \subseteq V$ come la \textbf{direzione} (o \textit{giacitura}) del sottospazio affine $D$. \end{definition} \begin{definition} [dimensione un sottospazio affine] @@ -109,46 +109,112 @@ \li Si dice \textit{iperpiano affine} un sottospazio affine di codimensione $1$, ossia di dimensione $n-1$. \end{remark} - + \begin{definition} [punti affinemente indipendenti] - I punti $P_1$, ..., $P_n \in E$ si dicono affinemente indipendenti se l'espressione $P = \sum \lambda_i P_i$ con $\sum \lambda_i = 1$ - è unica $\forall P \in \Aff(P_1, \ldots, P_n)$. Analogamente - un sottoinsieme $S \subseteq E$ si dice affinemente indipendente - se ogni suo sottoinsieme finito lo è. + Un insieme di punti $P_1$, ..., $P_k$ di $E$ si dice \textbf{affinemente indipendente} se ogni + combinazione affine di tali punti è unica. Analogamente un sottoinsieme $S \subseteq E$ si dice + affinemente indipendente se ogni suo sottoinsieme finito lo è. \end{definition} - + \begin{proposition} - $P_1$, ..., $P_n$ sono affinemente indipendenti $\iff$ - $\forall i = 1, \ldots, k$ i vettori $P_j - P_i$ con $j \neq i$ - sono linearmente indipendenti $\iff$ $\exists i = 1, \ldots, k$ i vettori $P_j - P_i$ con $j \neq i$ - sono linearmente indipendenti $\forall i P_i \notin \Aff\{P_1, \ldots, P_n\}$ con $P_i$ escluso. - \end{proposition} + Dati i punti $P_1$, ..., $P_k \in E$, sono equivalenti le seguenti affermazioni. + + \begin{enumerate}[(i)] + \item $P_1$, ..., $P_k$ sono affinemente indipendenti, + + \item $\forall i \in \NN^+ \mid 1 \leq i \leq k$, $P_i \notin \Aff(P_1, \ldots, P_k)$, + con $P_i$ escluso, + \item $\forall i \in \NN^+ \mid 1 \leq i \leq k$ l'insieme di vettori + $\{ P_j - P_i \mid 1 \leq j \leq k, j \neq i \}$ è linearmente indipendente, + + \item $\exists i \in \NN^+ \mid 1 \leq i \leq k$ per il quale l'insieme di vettori + $\{ P_j - P_i \mid 1 \leq j \leq k, j \neq i \}$ è linearmente indipendente. + \end{enumerate} + \end{proposition} + \begin{proof} - %TODO: considerare il passaggio ai vettori spostamento + Siano $P_1$, ..., $P_k$ affinemente indipendenti. Sia $i \in \NN^+ \mid 1 \leq i \leq k$. + Allora chiaramente (i) $\iff$ (ii), dacché se $P_i$ appartenesse a $\Aff(P_1, \ldots, P_k)$, con + $P_i$ escluso, si violerebbe l'unicità della combinazione affine di $P_i$, e analogamente se + esistessero due combinazioni affini in diversi scalari dello stesso punto si potrebbe + un punto $P_j$ con $1 \leq j \leq k$ come combinazione affine degli altri punti. \\ + + Siano allora $\lambda_1$, ..., $\lambda_k \in \KK$, con $\lambda_i$ escluso, tali che: + + \[ \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq i}}^n \lambda_j (P_j - P_i) = \vec 0. \] + + Allora si può riscrivere $P_i$ nel seguente modo: + + \[ P_i = \left(1 - \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq i}}^n \lambda_j\right) P_i + \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq i}}^n \lambda_j P_j. \] + + \vskip 0.05in + + Dal momento che la scrittura di $P_i$ è unica per ipotesi, $\lambda_j = 0$ $\forall 1 \leq j \leq k$ con $j \neq i$, e dunque l'insieme di vettori $\{ P_j - P_i \mid 1 \leq j \leq k, j \neq i \}$ è linearmente + indipendente, per cui (ii) \mbox{$\implies$} (iii). Analogamente si deduce anche che (iii) \mbox{$\implies$} (i) e che (iii) \mbox{$\implies$} (iv). Pertanto (i) \mbox{$\iff$} (ii) \mbox{$\iff$} (iii). \\ + + Si assuma ora l'ipotesi (iv) e sia $t \in \NN^+ \mid 1 \leq t \leq k$ tale che $t \neq i$. Siano + dunque $\lambda_1$, ..., $\lambda_k$, con $\lambda_t$ escluso, tale che: + + \[ \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq t}}^k \lambda_j (P_j - P_t) = \vec 0. \] + + Allora si può riscrivere la somma come: + + \[ \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq t}}^k \lambda_j (P_j - P_i) - \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq t}}^k \lambda_j (P_t - P_i) = \vec 0, \] + + \vskip 0.05in + ossia come combinazione lineare dei vettori della forma $P_j - P_i$. Allora, poiché per ipotesi tali + vettori sono linearmente indipendenti, vale che: + + \[ \system{\lambda_j = 0 & \se j \neq t \E j \neq i, \\ \sum_{\substack{j = 1 \\ j \neq t}}^k \lambda_j = 0 & \implies \lambda_i = 0.} \] + + Pertanto l'insieme di vettori $\{ P_j - P_t \mid 1 \leq j \leq k, j \neq t \}$ è linearmente indipendente, + da cui vale che (iv) \mbox{$\implies$} (iii). Si conclude dunque che + (i) \mbox{$\iff$} (ii) \mbox{$\iff$} (iii) \mbox{$\iff$} (iv), ossia la tesi. \end{proof} \begin{remark}\nl - \li Il numero massimo di punti affinemente indipendenti in $E$ è $\dim E + 1$. \\ - - \li Se $E = A_n(\KK)$ e $V = \KK^n$. Allora $\ww 1$, ..., - $\ww k \in E$ sono aff. indip. $\iff$ i vettori $\ww1$, ..., - $\ww k$ immersi in $\KK^{n+1}$ aggiungendo una coordinata $1$ - in fondo sono linearmente indipendenti. - \end{remark} - - \begin{remark} Sia $E$ spazio affine con $V$ di dimensione $n$. Si - scelgano $n+1$ punti affinemente indipendenti $P_0$, ..., $P_n$. - Allora $\Aff(P_0, ..., P_n) = E$. Quindi $P \in E$ si scrive - in modo unico come $P = \sum \lambda_i P_i$ con $\sum \lambda_i = 1$. - Le $\lambda_i$ si diranno allora le coordinate affini di $P$ - nel riferimento $P_0$, ..., $P_n$. + \li Si osserva che il numero massimo di punti affinemente indipendenti di un sottospazio affine $D$ + di dimensione $k$ è $k+1$, dacché, fissato un punto, vi possono essere al più $k$ vettori linearmente indipendenti. \\ + \li Un punto di $E$ è sempre affinemente indipendente, dacché la sua unica combinazione affine è + sé stesso. \end{remark} + + \begin{proposition} + Sia $E = \AnK$. Allora i punti $P_1$, ..., $P_k$ sono affinemente indipendenti se e solo + se i vettori $\hat P_1 = \Vector{P_1 \\ \hline 1}$, ..., $\hat P_k = \Vector{P_k \\ \hline 1}$ sono + linearmente indipendenti. + \end{proposition} + + \begin{proof} + Si dimostrano le due implicazioni separatamente. \\ + + \rightproof Siano $\lambda_1$, ..., $\lambda_k \in \KK$ tali che + $\lambda_1 \hat P_1 + \ldots + \lambda_k \hat P_k = \vec 0$. Allora + $\sum_{i=1}^k \lambda_i = 0$ e $\lambda_1 P_1 + \ldots + \lambda_k P_k = 0$. \\ + + Pertanto, sapendo che $\lambda_1 = - \lambda_2 + \ldots - \lambda_k$, vale + la seguente identità: + + \[ \lambda_2 (P_2 - P_1) + \ldots + \lambda_k (P_k - P_1) = 0. \] + + Poiché i punti $P_1$, ..., $P_k$ sono affinemente indipendenti, per la proposizione precedente, + allora i vettori $P_2 - P_1$, ..., $P_k - P_1$ sono linearmente indipendenti, per cui $\lambda_2 = \cdots = \lambda_k = 0$. Pertanto anche $\lambda_1 = 0$, e quindi i vettori $\hat P_1$, ..., $\hat P_k$ sono + linearmente indipendenti. \\ + + \leftproof Siano $\lambda_2$, ..., $\lambda_k \in \KK$ tali che + $\lambda_2 (P_2 - P_1) + \ldots + \lambda_k (P_k - P_1) = 0$. Sia allora + $\lambda_1 = - \lambda_2 + \ldots - \lambda_k$. Si osserva dunque + che $\lambda_1 + \ldots + \lambda_k = 0$ e che $\lambda_1 P_1 + \ldots + \lambda_k P_k = 0$, + da cui si deduce che $\lambda_1 \hat P_1 + \ldots + \lambda_k \hat P_k = 0$. Dal momento + però che $\hat P_1$, ..., $\hat P_k$ sono linearmente indipendenti, $\lambda_2 = \cdots = \lambda_k = 0$, + da cui la tesi. + \end{proof} Se si impone $\lambda_i \geq 0$, si definisce che la combinazione è una combinazione convessa. Si definisce baricentro il punto con $\lambda_i = \frac{1}{n}$. - + \begin{definition} [inviluppo convesso] Si dice $\IC(S)$ di un insieme $S \subseteq E$ l'insieme delle combinazioni convesse di $S$ (finite). %TODO: dimostrare che è un insieme convesso diff --git a/tex/latex/style/personal_commands.sty b/tex/latex/style/personal_commands.sty index 9cbaa9a..d19f7f7 100644 --- a/tex/latex/style/personal_commands.sty +++ b/tex/latex/style/personal_commands.sty @@ -97,6 +97,7 @@ % Spesso utilizzati al corso di Geometria 1. \DeclareMathOperator{\An}{\mathcal{A}_n} \DeclareMathOperator{\AnK}{\mathcal{A}_n(\KK)} +\DeclareMathOperator{\Giac}{Giac} \DeclareMathOperator{\IC}{IC} \DeclareMathOperator{\Aff}{Aff}