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Álgebra Linear NI

Seção 4.3 Operando com Subespaços Vetoriais

Nota 4.3.2.

Observação: Se \(U\) e \(W\) são subespaços vetoriais de um espaço vetorial \(V\text{,}\) então, geralmente, \(U \cup W\) não é um subespaço vetorial de \(V\text{.}\)

Definição 4.3.3. Soma Direta de Subespaços.

Seja \(U\) e \(W\) subespaços vetoriais de um espaço vetorial \(V\text{.}\) Dizemos que \(V\) é a soma direta de \(U\) e \(W\text{,}\) e escrevemos \(V = U \oplus W\text{,}\) se, e somente se:
  1. \(V = U + W\text{;}\)
  2. \(U \cap W = \{\mathbf{0}\}\text{.}\)

Exemplo 4.3.4.

Considere o espaço vetorial real \(V\) das matrizes \(2\times 2\text{.}\) Seja
\begin{align*} U \amp= \left\{ \left[ \begin{array}{cc} a \amp b \\ 0 \amp 0 \end{array} \right] \in \mathcal M_{2\times 2} : a,b \in \mathbb R \right\}\\ W \amp= \left\{ \left[ \begin{array}{cc} 0 \amp 0 \\ c \amp d \end{array} \right] \in \mathcal M_{2\times 2} : c,d \in \mathbb R \right\} \end{align*}
Mostre que \(V = U \oplus W\text{.}\)
Solução.
Com efeito, dado \(\mathbf{A} = \left[ \begin{array}{rr} a \amp b \\ c \amp d \end{array} \right] \in \mathcal M_{2\times 2}\text{,}\) então
\begin{align*} \mathbf{A} \amp= \left[ \begin{array}{rr} a \amp b \\ c \amp d \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{rr} a \amp b \\ 0 \amp 0 \end{array} \right] + \left[ \begin{array}{rr} 0 \amp 0 \\ c \amp d \end{array} \right] = \mathbf{A}_1 + \mathbf{A}_2 \end{align*}
onde \(\mathbf{A}_1 \in U\) e \(\mathbf{A}_2 \in W\text{.}\) Logo, \(V = U + W\text{.}\) Além disso,
\begin{align*} U \cap W \amp= \left\{ \left[ \begin{array}{cc} a \amp b \\ 0 \amp 0 \end{array} \right] : a,b \in \mathbb R \right\} \cap \left\{ \left[ \begin{array}{cc} 0 \amp 0 \\ c \amp d \end{array} \right] : c,d \in \mathbb R \right\} = \left\{ \left[ \begin{array}{cc} 0 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \end{array} \right] \right\} \end{align*}
Como \(U \cap W = \{\mathbf{0}\}\text{,}\) resulta do Teorema 4.3.1 que \(V = U \oplus W\text{.}\)