【归档】证明V的两个子空间的并是V的子空间当且仅当其中一个子空间包含另一个子空间
Note: 旧的wordpress博客弃用,于是将以前的笔记搬运回来。
Question:
Prove that the union of two subspaces of V V V is a subspace of V V V if and only if one of the subspaces of V V V is contained in the other.
证明V的两个子空间的并是B的子空间当且仅当其中一个子空间包含领一个子空间。
Solution:
Assume two set A, B are subspaces of V V V.
Part 1:
Assume A ∪ B = A A \cup B = A A∪B=A or B B B.
Clearly A ∪ B = A A \cup B = A A∪B=A or B ∈ V B \in V B∈V.
Therefor if one subspace of V V V is contained in the other, the union of two subspaces is a subspace of V V V.
Part 2:
Assume A ∪ B ≠ A A \cup B \neq A A∪B=A or B B B.
Now we take a ∈ A a \in A a∈A but not in B B B, and b ∈ B b \in B b∈B but not in A A A.
Since a ∈ A a \in A a∈A, we know − a ∈ A -a \in A −a∈A.
Assume a + b ∈ A a + b \in A a+b∈A.
As we know, A A A is a subspace of V V V. So A A A is closed under addition.
Therefor, ( a + b ) + ( − a ) (a + b) + (-a) (a+b)+(−a) should be in A.
But in fact, ( a + b ) + ( − a ) = b (a + b) + (-a) = b (a+b)+(−a)=b. We have assumed that b ∉ A b \notin A b∈/A. We have reached a contradiction on the assumption that a + b ∈ A a + b \in A a+b∈A. Thus a + b ∉ A a + b \notin A a+b∈/A.
If we assume a + b ∈ B a + b \in B a+b∈B, we will also reach a contradiction like this.
Therefor, a + b a + b a+b is not in A and B.
i.e. a + b ∉ A ∪ B a + b \notin A \cup B a+b∈/A∪B.
Then the set A ∪ B A \cup B A∪B isn’t closed under addition.
Therefor if A ∪ B ≠ A A \cup B \neq A A∪B=A or B B B, A ∪ B A \cup B A∪B is not a subspace of V.
Now we have proved that the union of two subspaces of V V V is a subspace of V V V if and only if one of the subspaces of V V V is contained in the other.
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