线性基求交:设 \(A,B\ 为两个线性基,\(V_A,V_B\ 分别为其生成空间,则 \(V_C=V_A\cap V_B\ 是一个线性空间,称 \(A\ 与 \(B\ 两个线性基的交为 \(C\。
\(V_C\ 是一个线性空间。其实很显然,对于任意 \(x,y\in V_C=V_A\cap V_B\,\(x,y\in V_A\implies x\oplus y\in V_A\,同理 \(x\oplus y\in V_B\,从而 \(x\oplus y\in V_A\cap V_B=V_C\。
\(C\ 的算法:
\(B\ 进行一些调整(后面会讲),保持其生成空间 \(V_B\ 不变。
设存在一个线性基 \(W\,满足以下三条性质:
\(W\ 是线性基 \(B\ 中与 \(V_A\ 有交的那部分,\(B\ 中其余部分与 \(A\ 线性无关。
那么可以证明,\(W\ 即为所求的线性基的交 \(C\。
\(V_W=V_A+V_B\:
- 假设存在 \(u\notin V_W\ 且 \(u\in V_A\cap V_B\。
- 假设存在 \(u\in V_W\ 且 \(u\notin V_A\cap V_B\。
组成 \(u\ 的基底既在 \(B\ 中也在 \(V_A\ 中,显然矛盾。
由于 \(u\in V_B\,故此时存在一些 \(\{b_i\}\ 满足 \(b_i\in B,\ \bigoplus b_i=u\。将这些 \(b_i\ 分成两部分,前者 \(\in W\,后者 \(\in B-W\,令前者的异或和为 \(s\,后者为 \(t\,则 \(s\in V_W,t\in V_{B-W}\。
而 \(u\in V_A,s\in V_W\subseteq V_A\,故 \(t=u\oplus s\in V_A\。又 \(t\in V_{B-W}\,由性质 3 得 \(t=0\,从而 \(u=s\in V_W\,矛盾。
\(W\ 了。
\(b_i\ 依次执行以下操作:
- 若 \(b_i\in \mathrm{span}(\{a_1,a_2,\dots,a_n,b_1,b_2,\dots,b_{i-1}\}\,设其表示为 \(b_i=\alpha \oplus \beta\,其中 \(\alpha \in V_A,\beta \in \mathrm{span}\{b_1,\dots,b_{i-1}\}\,令 \(b_i\leftarrow b_i\oplus \beta\,并标记其为 \(1\ 类;
否则,不做任何操作,标记其为 \(2\ 类。
\(\{b_i\}\ 与 \(V_A\ 的交即为满足条件的 \(W\。以下证明其满足 \(V_{B-W}\cap V_A=\{0\}\:
\(1\ 类的 \(b_i\ 都 \(\in V_A\,所有 \(2\ 类的 \(b_i\ 都 \(\notin V_A\。于是 \(1\ 类 \(b_i\ 所组成的集合即为 \(W\,\(2\ 类即为 \(B-W\。
\(u\neq 0\ 满足 \(u\in V_{B-W}\ 且 \(u\in V_A\,则存在若干个 \(2\ 类 \(b_i\ 以及若干个 \(a_i\ 使得 \(\bigoplus b_i=u=\bigoplus a_i\,取出这些 \(b_i\ 中下标最大的那个 \(b_k\,则 \(b_k=b_1\oplus b_2\oplus \dots \oplus b_{k-1} \oplus \bigoplus a_i\,与在位置 \(k\ 时 \(b_k\ 没有标记为 \(1\ 类矛盾!
证毕。