一次結合が一次従属となるための十分条件(1)の証明  
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(舞台設定の確認)
 
R実数体(実数をすべて集めた集合)  
 
Rnn次元数ベクトル空間  
 
+n次元数ベクトル空間Rnにおいて定義されているベクトルの加法 
 
スカラーに続けてベクトルを並べて書いたもの:n次元数ベクトル空間Rnにおいて定義されているスカラー乗法
 
v1, v2, , vll個のn次元数ベクトル
        具体的に書くと、
i=1,2,, lにたいして、vi1, vi2, , vinRとして、vi=( vi1, vi2, , vin )   
        したがって、
v1, v2, , vl n
        なお、個数
lが有限個であることに注意。  
(定理の確認)
 
n次元数ベクトルv1, v2, , vl一次結合(l+1)個つくる。
 これら
(l+1)個の「v1, v2, , vl一次結合」は一次従属
 つまり、
  
w1a11v1+a12v2++a1lvl  (a11, a12, , a1l Rv1, v2, , vl n ) 
  
w2a21v1+a22v2++a2lvl  (a21, a22, , a2l Rv1, v2, , vl n ) 
  :  
  
wlal1v1+al2v2++allvl  (al1, al2, , all Rv1, v2, , vl n ) 
  
w(l+1)a(l+1)1 v1+a(l+1)2v2++a(l+1)lvl  (a(l+1)1, a(l+1)2, , a(l+1)l Rv1, v2, , vl n ) 
 は
一次従属。  
    
v1, v2, , vl一次結合」もn次元数ベクトルであることに注意。

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(証明) [永田『理系のための線形代数の基礎』補題1.2.1(p.12);] 
任意自然数lに対して「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」が成り立つことを、
数学的帰納法によって示す。
つまり、
 
(I) で、l=1のとき、「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」が成り立つことを示し、
 
(II) で、l=kのとき「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」が成り立つならば、
     
l=k1のときも、「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」が成り立つことを示す。 

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(I) l=1のとき、「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」すなわち「w1, w2一次従属」が成り立つ  
l=1のとき、w1a11v1w2a21v1 (a11,a21Rv1n ) …(I-1) 
(i)a11≠0かつa21≠0」であるケース  
実数体Rの定義により、a11Rには、加法に関する逆元a11Rが存在する。    
・ 
a21w1+(a11)w2a21a11v1+(a11)a21v1   ∵(I-1) 
         =
a11a21v1+((a11a21))v1   ∵実数の積と符号の性質   
         ={
a11a21((a11a21)) v1 ∵スカラーに関する分配則 
         =0
v1          ∵実数の反数との和  
         =
           ∵スカラー0 
上記2点より、
 
w1,w2nに対して、スカラーa11,a21R (a11≠0かつa21≠0) が存在して、
       
a21w1+(a11)w2=   
 を満たす。
 これは、
w1, w2一次従属であるということにほかならない。 
(ii) 「a11≠0かつa21≠0」ではないケース   
  このケースでは、
(I-1)より、「w1かつw2」ではない。    
  よって、
定理より、w1, w2一次従属。     
以上より、
l=1のとき、あらゆるケースで、  
w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」すなわち「w1, w2一次従属」が成り立つことが示された。
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(II) l=kのとき  
    「
w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」すなわち「w1, w2, , wk, w(k+1)一次従属」が成り立つならば、
  
l=k+1でも  
    「
w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」すなわち「w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)一次従属」が成り立つことを示す。
・仮定の分析  
 
l=kのとき、「w1, w2, , wl, w(l+1)一次従属」が成り立つとは、
 すなわち、「
w1, w2, , wk, w(k+1)一次従属」が成り立つということであり、
 これは、すなわち、
 
k個の「Rからつくったn次元数ベクトルv1, v2, , vkからつくった(k+1)個の一次結合
   
w1a11v1+a12v2++a1kvk  (a11, a12, , a1k Rv1, v2, , vk n ) 
   
w2a21v1+a22v2++a2kvk  (a21, a22, , a2k Rv1, v2, , vk n ) 
   :  
   
wkal1v1+al2v2++akkvk  (ak1, ak2, , akk Rv1, v2, , vk n ) 
   
w(k+1)a(k+1)1 v1+a(k+1)2v2++a(k+1)kvk  (a(k+1)1, a(k+1)2, , a(k+1)k Rv1, v2, , vk n ) 
 が
一次従属であるということ。
l=k+1のとき、w1, w2, , wl, w(l+1)w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)であり、
 
w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)は、   
 
(k+1)個の「Rからつくったn次元数ベクトルv1, v2, , vk+1からつくった(k2)個の一次結合
   
w1= a11v1 +a12v2  ++a1kvk+ a1(k+1)v(k+1)  (a11, a12, , a1k,a1(k+1)Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   
w2= a21v1 +a22v2  ++a2kvk +a2(k+1)v(k+1)   (a21, a22, , a2k,a2(k+1)Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   :  
   
wk= ak1v1 +ak2v2  ++akkvk +ak(k+1)v(k+1)   (ak1, ak2, , akk,ak(k+1)Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   
w(k+1)a(k+1)1 v1+a(k+1)2v2++a(k+1)kvk+a(k+1)(k+1)v(k+1) (a(k+1)1,a(k+1)2,, a(k+1)k,a(k+1)(k+1)Rv1, v2, , vk , vk+1n ) 
   
w(k+2)a(k+2)1 v1+a(k+2)2v2++a(k+2)kvk+a(k+2)(k+1)v(k+1) (a(k+2)1,a(k+2)2,, a(k+2)k,a(k+2)(k+1)Rv1, v2, , vk , vk+1n ) 
 である。
v(k+1)の係数a1(k+1) ,a2(k+1) , , ak(k+1) ,a(k+1)(k+1) , a(k+2)(k+1) がすべてゼロである場合と、そうでない場合に分けて、 
  
w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)一次従属であることを示す。   
v(k+1)の係数a1(k+1) ,a2(k+1) , , ak(k+1) ,a(k+1)(k+1) , a(k+2)(k+1) がすべてゼロである場合、
  
スカラー0零ベクトルの加法則より、     
   
w1a11v1+a12v2++a1kvk  (a11, a12, , a1k Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   
w2a21v1+a22v2++a2kvk   (a21, a22, , a2k Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   :  
   
wkak1v1+ak2v2++akkvk   (ak1, ak2, , akk Rv1, v2, , vk, vk+1 n ) 
   
w(k+1)a(k+1)1 v1+a(k+1)2v2++a(k+1)kvk (a(k+1)1, a(k+1)2, , a(k+1)k Rv1, v2, , vk , vk+1n ) 
   
w(k+2)a(k+2)1 v1+a(k+2)2v2++a(k+2)kvk (a(k+2)1, a(k+2)2, , a(k+2)k Rv1, v2, , vk , vk+1n ) 
 である。
 すると、
w1, w2, , wk, w(k+1)は仮定と同じモノであるから、これらは仮定より、一次従属
 ならば、
一次従属なベクトルの集合に、ベクトルを加えても一次従属だから、 
 仮定のもとで、
w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)一次従属である。

・「
v(k+1)の係数a1(k+1) ,a2(k+1) , , ak(k+1) ,a(k+1)(k+1) , a(k+2)(k+1) のすべてがゼロ」というわけではない場合 
 
v(k+1)の係数a1(k+1) ,a2(k+1) , , ak(k+1) ,a(k+1)(k+1) , a(k+2)(k+1) の少なくとも一つは、ゼロではない場合。
 
v(k+1)の係数a1(k+1) ,a2(k+1) , , ak(k+1) ,a(k+1)(k+1) , a(k+2)(k+1) のなかの、ゼロではない少なくとも一つを、
 
am(k+1) (ただし、 mは自然数で、1mk+2 を満たす) とおき、
 
v1, v2, , v(k+1)からつくった(k2)個の一次結合のうち、
 
v(k+1)の係数がam(k+1)0である、v1, v2, , vk+1一次結合を、  
  
wmam1v1+am2v2++amkvk+am(k+1)v(k+1) (am1, am2, , amk,am(k+1)Rv1, v2, , vk, vk+1n ,1mk+2
 とおく。
 
v1, v2, , vk+1からつくった(k2)個の一次結合のうち、
  
wm以外の一次結合wn( nは自然数で、1nk+2かつnm)から、  
    
wn'=wn(an(k+1)/am(k+1))wm  
      
=wn(an(k+1)/am(k+1))am1v1+am2v2++amkvk+am(k+1)v(k+1) )
      
=wn−((am1an(k+1)/am(k+1))v1+(am2an(k+1)/am(k+1))v2++(amkan(k+1)/am(k+1))vk+an(k+1)v(k+1) )  
      
= an1v1+an2v2++ankvk+an(k+1)v(k+1)
        −((am1an(k+1)/am(k+1))v1+(am2an(k+1)/am(k+1))v2++(amkan(k+1)/am(k+1))vk+an(k+1)v(k+1) )  
      
= (an1am1an(k+1)/am(k+1))v1+(an2am2an(k+1)/am(k+1))v2++(ankamkan(k+1)/am(k+1))vk 
  をつくる。
すると、
 
wn'=(an1am1an(k+1)/am(k+1))v1+(an2am2an(k+1)/am(k+1))v2++(ankamkan(k+1)/am(k+1))vk 
         
( nは自然数で、1nk+2かつnm)  
 は、
(an1am1an(k+1)/am(k+1)), (an2am2an(k+1)/am(k+1)),,(ankamkan(k+1)/am(k+1))Rだから、
 
v1, v2, , vk 一次結合。    
ならば、
w'1, w'2, , w'k , w'(k+1) , w'(k+2) から、w'mを除いた、(k+1)個のv1, v2, , vk 一次結合は、 
仮定より、
一次従属である。 
一次従属の定義により、
 
nmを除く、n=1,2,, k, k+1, k+2 について、 全部は0ではないcnが存在して、 
    
 を満たす。 
ここで、
wn'= wn(an(k+1)/am(k+1))wm を代入。
  
cnwn'=cnwncn(an(k+1)/am(k+1))wm だから、
    
wmの係数
   
実数体R属し、    
また、
nmを除く、n=1,2,, k, k+1, k+2 にたいするcnは少なくとも一つゼロでないものを含むから、 
これは、 
w1, w2, , wk, w(k+1), w(k+2)一次従属であることを示している。  

mがたまたま2<m<kであったときの具体例 
w'1w1(a1(k+1)/am(k+1))wm(a11am1a1(k+1)/am(k+1))v1+(a12am2a1(k+1)/am(k+1))v2++a1kvk      
w'2w2(a2(k+1)/am(k+1))wm(a21am1a2(k+1)/am(k+1))v1+(a22am2a2(k+1)/am(k+1))v2++(a2kamka2(k+1)/am(k+1))vk 
: 
w'm1w'm1(a(m1)(k+1)/am(k+1))wm 
   = (a(m1)1am1a(m1)(k+1)/am(k+1))v1+(a(m1)2am2a(m1)(k+1)/am(k+1))v2++(a(m1)kamka(m1)(k+1)/am(k+1))vk  
w'm1w'm1(a(m1)(k+1)/am(k+1))wm 
   = (a(m1)1am1a(m1)(k+1)/am(k+1))v1+(a(m1)2am2a(m1)(k+1)/am(k+1))v2++(a(m1)kamka(m1)(k+1)/am(k+1))vk  
: 
w'kwk(ak(k+1)/am(k+1))wm= (ak1am1ak(k+1)/am(k+1))v1+(ak2am2ak(k+1)/am(k+1))v2++(akkamkak(k+1)/am(k+1))vk 
w'(k+1)w(k+1)(a(k+1)(k+1)/am(k+1))wm    
   = (a(k+1)1am1a(k+1)(k+1)/am(k+1))v1+(a(k+1)2am2a(k+1)(k+1)/am(k+1))v2++(a(k+1)kamka(k+1)(k+1)/am(k+1))vk   
w'(k+2)w(k+2)(a(k+2)(k+1)/am(k+1))wm      
   = (a(k+2)1am1a(k+2)(k+1)/am(k+1))v1+(a(k+2)2am2a(k+2)(k+1)/am(k+1))v2++(a(k+2)kamka(k+2)(k+1)/am(k+1))vk 

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