סכום וקטורים מתוך שני תתי-מרחבים של מרחב

יהיו U ו-W תתי-מרחבים של המרחב הווקטורי \mathbb{R}^3 מעל השדה \mathbb{R} המוגדרים על-ידי:

\begin{align*} &U=\left\{ (x,y,z)\,|\,x+y+z=0\right\} \\&W=\left\{ (x,y,z)\,|\,x=z\right\} \end{align*}

א. הראו כי W הוא אכן תת-מרחב של המרחב הוקטורי \mathbb{R}^3 מעל השדה \mathbb{R}.
ב. הראו כי U+W=\mathbb{R}^3.
ג. כתבו את הווקטור (1,2,3) הנמצא ב-\mathbb{R}^3 כסכום של וקטור מתוך U ווקטור מתוך W.
רמז: אין רק דרך אחת לכתוב את הווקטור (1,2,3) כסכום של וקטור מתוך U ווקטור מתוך W.

בסעיף ג’ של השאלה הנ"ל, ניסיתי לקחת את הפרישה של שתי המטריצות ולהשוות לוקטור הפתרון ולדרג. יצא לי (2,0,3) אבל לא חושב שזאת הדרך.
אשמח להכוונה.

נמצא את הקבוצה הפורשת של התת-מרחב U:

\begin{align*} U&=\left\{ (x,y,z)\,|\,x+y+z=0\right\} \\&=\left\{ (x,y,-x-y)\,|\,x,y\in\mathbb{R}\right\} \\&=\left\{ x(1,0,-1)+y(0,1,-1)\,|\,x,y\in\mathbb{R}\right\} \\&=\mathrm{span}\left\{ (1,0,-1),(0,1,-1)\right\} \end{align*}

נמצא את הקבוצה הפורשת של התת-מרחב W:

\begin{align*} W&=\left\{ (x,y,z)\,|\,x=z\right\} \\&=\left\{ (x,y,x)\,|\,x,y\in\mathbb{R}\right\} \\&=\left\{ x(1,0,1)+y(0,1,0)\,|\,x,y\in\mathbb{R}\right\} \\&=\mathrm{span}\left\{ (1,0,1),(0,1,0)\right\} \end{align*}

נרצה למצוא עבור אילו סקלרים \lambda_1,\lambda_2,\lambda_3,\lambda_4\in\mathbb{R} מתקיים:

\lambda_{1}(1,0,-1)+\lambda_{2}(0,1,-1)+\lambda_{3}(1,0,1)+\lambda_{4}(0,1,0)=(1,2,3)

נציב בתוך מטריצה:

M=\begin{pmatrix}1 & 0 & 1 & 0 & 1\\ 0 & 1 & 0 & 1 & 2\\ -1 & -1 & 1 & 0 & 3 \end{pmatrix}

נדרג את המטריצה כך שנקבל:

M'=\begin{pmatrix}2 & 0 & 0 & -1 & -4\\ 0 & 1 & 0 & 1 & 2\\ 0 & 0 & 2 & 1 & 6 \end{pmatrix}

מערכת המשוואות המתאימה למטריצה הינה:

\begin{cases} 2\lambda_{1}-\lambda_{4}=-4\\ \lambda_{2}+\lambda_{4}=2\\ 2\lambda_{3}+\lambda_{4}=6 \end{cases}

לכן, למשל נבחר \lambda_4=0 ונקבל:

\begin{cases} \lambda_{1}=-2\\ \lambda_{2}=2\\ \lambda_{3}=3\\ \lambda_{4}=0 \end{cases}

לכן את הוקטור v=(1,2,3) ניתן להציג באופן הבא:

(-2)\cdot(1,0,-1)+2\cdot(0,1,-1)+3\cdot(1,0,1)+0\cdot(0,1,0)=(1,2,3)

הווקטור הבא:

u=(-2)\cdot(1,0,-1)+2\cdot(0,1,-1)=(-2,2,0)

נמצא ב-U. ואילו הווקטור הבא:

w=3\cdot(1,0,1)+0\cdot(0,1,0)=(3,0,3)

נמצא ב-W. הסכום שלהם הינו:

u+w=(1,2,3)

כנדרש.

אליפות אחי תודה רבה !
ותגיד שדירגת את המטריצה ראיתי שעצרת כשהיה לך איבר מוביל ,אבל לא חובה שהאיבר המוביל יהיה 1?

האיבר המוביל במטריצה, לא חייב להיות 1. אם אני אחלק למשל את השורה הראשונה ב-2 אני אקבל בעמודה הרביעית -\frac{1}{2}. חישובים עם שברים יובילו לשגיאות ולכן עדיף להימנע מלהגיע למצב כזה.