Intersecção de Subespaços

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Definição

    Sejam U e W subespaços vetoriais de um espaço vetorial V. A Intersecção dos subespaços U e W é:

UW={vVvUU \cap W = \left\lbrace v \in V \mid v \in U\right.  e vW}\left. v\in W\right\rbrace

Ou seja, são todos os elementos de V que estão no subespaço U e também no subespaço W.

    Teorema: A intersecção de dois subespaços vetoriais U e V, de um espaço vetorial V, é também um subespaço vetorial de V.
    Demonstração: AQUI.


Exemplos

    Exemplo 1: Considere os subespaços U={(x1,x2)R2x1=0}U=\left\lbrace (x_1,x_2) \in R^2 \mid x_1 = 0\right\rbrace e W={(x1,x2)R2x2=0}W=\left\lbrace (x_1,x_2) \in R^2 \mid x_2 = 0\right\rbrace. A intersecção de U e W é:

UW={(x1,x2)R2x1=0,x2=0}U \cap W = \left\lbrace (x_1,x_2) \in R^2 \mid x_1 = 0, x_2 = 0\right\rbrace
Ou seja, UW={(0,0)}U \cap W = \left\lbrace (0,0) \right\rbrace.

Geometricamente, U é o eixo y dos eixos coordenados, pois são os elementos de R2R^2 que tem a primeira coordenada nula e W é o eixo x, pois são os elementos de R2R^2 que tem a segunda coordenada nula.
Assim, a intersecção UWU \cap W é a origem (0,0)(0,0).

ex1
A origem (0,0) é a intersecção dos subespaços U e W.


    Exemplo 2: Dados os subespaços U={(x,y,z)R3x=0}U=\left\lbrace (x,y,z) \in R^3 \mid x=0 \right\rbrace  e W={(x,y,z)R3z=0}W=\left\lbrace (x,y,z) \in R^3 \mid z=0\right\rbrace. A intersecção dos subespaços U e W é:
 UW={(x,y,z)R3x=0,z=0}U \cap W = \left\lbrace (x,y,z) \in R^3 \mid x=0, z=0 \right\rbrace

Geometricamente, U é o plano yz e W é o plano xy. A intersecção UWU \cap W é a intersecção desses planos, que é o eixo y, que de fato é um subespaço vetorial de R3R^3.

ex2
A intersecção dos subespaços U e W é o eixo y dos eixos coordenados.

    Exemplo 3: Sejam U={(x,y,z,t)R4x+y=0ez-t=0}U = \left\lbrace (x,y,z,t) \in R^4 \mid x+y = 0 \,\, \mbox{e} \,\, z-t=0\right\rbrace  e  W={(x,y,z,t)R4x-y-z+t=0}W = \left\lbrace (x,y,z,t) \in R^4 \mid x-y-z+t=0\right\rbrace  subespaços de R4R^4. Determine a intersecção UWU \cap W.

Um elemento de R4R^4, que pertence a intersecção de U e W deve satisfazer todas as condições dos dois conjuntos U e W ao mesmo tempo, ou seja, suas componentes devem satisfazer o sistema:
{x+y=0x=-yz-t=0z=tx-y-z+t=0\left\lbrace \begin{array}{l} x+y = 0 \Longrightarrow x = -y \\ z-t = 0 \Longrightarrow z = t\\ x-y-z+t = 0 \end{array}\right.
 
Substituindo a primeira e a segunda equações na terceira equação, teremos: -y-y-t+t=0-2y=0y=0-y-y-t+t = 0 \Rightarrow -2y = 0 \Rightarrow y=0. Assim, ficamos com as condições: x=y=0x=y=0 e z=tz=t, com z,tRz,t \in R livres. Logo:
UW={(x,y,z,t)R4x=y=0ez=t}U \cap W = \left\lbrace (x,y,z,t) \in R^4 \mid x=y=0 \,\, \mbox{e} \,\, z=t \right\rbrace
Podemos também dar um valor para a variável z que está livre, por exemplo z=1z=1, assim teremos x=y=0x=y=0 e z=t=1z=t=1, logo a intersecção UWU \cap W será o subespaço gerado pelo vetor (0,0,1,1)(0,0,1,1), ou seja, UW=[(0,0,1,1)]U \cap W = [(0,0,1,1)].

    Veja estes e mais exemplos AQUI.

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    União de Subespaços Vetoriais

    Observação: Quando se fala em conjuntos, é comum pensarmos também na união desses conjuntos. Uma vez que a intersecção de dois subespaços é um subespaço vetorial, esperamos o mesmo da união dos subespaços, mas isso não ocorre. Tomando um elemento uUu \in U e um elemento wWw \in W que não está em U, ou seja, U não está contido em W ou vice-versa, não podemos afirmar nada sobre o elemento u+wu + w, não necessariamente ele estará na união UWU \cup W. Assim, UWU \cup W não satisfaz todas as condições de subespaço vetorial. Portanto, a união de dois subespaços vetoriais NÃO é um subespaço vetorial.

    Exemplo: Sejam os subespaços U={(x,y)R2y=0}U=\left\lbrace (x,y) \in R^2 \mid y=0 \right\rbrace e W={(x,y)R2x=0}W = \left\lbrace (x,y) \in R^2 \mid x=0 \right\rbrace. A união entre U e W será o conjunto: 

UW={(x,y)R2x=0ouy=0}U \cup W = \left\lbrace (x,y) \in R^2 \mid x=0 \,\, \mbox{ou} \,\, y=0 \right\rbrace
O elemento neutro (0,0)(0,0) está em U e em W e logo, está também na união. Mas, tome os elementos u,wUWu, w \in U \cup W, não podemos garantir que a soma dos vetores u e w estará em UWU \cup W.
Por exemplo, considere u=(1,0)u=(1,0) e w=(0,1)w=(0,1). Temos que u,wUWu, w \in U \cup W, mas u+w=(1,0)+(0,1)=(1,1)u+w = (1,0) + (0,1) = (1,1), que é um vetor que não satisfaz nenhuma das condições do conjunto da união, logo u+wUWu+w \notin U \cup W.

ex_uniao
A soma dos vetores u e w não pertence a U nem a W, logo, não está na união UWU \cup W.

Última Atualização: 27/07/2015.