Beleza, vamos lá! O enunciado nos apresenta o conjunto que está dentro de , o espaço dos polinômios de grau no máximo 2. A tarefa é mostrar que é um subespaço de (ou seja, ) e descobrir a dimensão de . Para isso, vamos precisar entender as propriedades de subespaços vetoriais e como determinar a dimensão de um conjunto vetorial.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é um subespaço vetorial. Um conjunto é um subespaço de se ele satisfaz três condições:
Contém o vetor zero.
É fechado sob adição.
É fechado sob multiplicação por escalar.
Vamos verificar cada uma dessas condições para .
Passo 3
1. Contém o vetor zero:
O vetor zero em é o polinômio que tem todos os coeficientes iguais a zero, ou seja, .
No conjunto , se escolhermos e , temos:
Portanto, contém o vetor zero.
Passo 4
2. Fechado sob adição:
Vamos pegar dois elementos quaisquer de :
Somando esses dois polinômios:
Para estar em , precisamos que exista algum e reais tais que:
Vemos que e , que são reais. Portanto, a soma está em .
Passo 5
3. Fechado sob multiplicação por escalar:
Vamos pegar um elemento qualquer de e um escalar :
Multiplicando por :
Para estar em , precisamos que exista algum e reais tais que:
Aqui, e , que são reais. Portanto, a multiplicação por escalar está em .
Passo 6
Como todas as três condições para ser um subespaço vetorial estão satisfeitas, concluímos que é de fato um subespaço de , ou seja, .
Passo 7
Agora, vamos encontrar a dimensão de . A dimensão de um subespaço é o número de vetores em uma base desse subespaço, ou seja, o número mínimo de vetores que geram todo o subespaço.
No conjunto , cada polinômio é da forma . Podemos reescrever isso como:
Isso mostra que qualquer elemento de pode ser escrito como uma combinação linear dos polinômios e . Vamos verificar se esses polinômios são linearmente independentes.
Se para algum , então e .
Como os vetores são linearmente independentes e geram , eles formam uma base para .