n. Έστω αποτελείται από όλους τους πίνακες που αντιμετατίθενται με ένα συγκεκριμένο μη μηδενικό nxn πίνακα Τ:

Transcript

1 Η ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ καθώς είναι από τα σημαντικότερα κομμάτια της Άλγεβρας με τις περισσότερες εφαρμογές ΔΕΝ πρέπει να αποστηθίζεται και κυρίως ΔΕΝ πρέπει να γίνεται αντιπαθητική. Για τη σωστή εκμάθηση δίνονται οι ΟΡΙΣΜΟΙ και πολλά παραδείγματα και ΑΝΤΙπαραδείγματα και κατόπιν εξετάζονται τα θεωρήματα. Η λύση πολλών ακηδών βοηθά στην κατανόηση και σωστό χειρισμό. Ιδού μερικά παραδείγματα που μπορεί να συζητηθούν σε σεμινάρια κατ ιδίαν.. Έστω ο V διανυσματικός χώρος πάνω στο Κ, των nxn πινάκων με στοιχεία από το Κ. Έστω W το σύνολο που αποτελείται απo όλους τους nxn συμμετρικούς πίνακες A: a = a, i, j =,.. n. Έστω ji ' W το σύνολο που αποτελείται από όλους τους πίνακες που αντιμετατίθενται με ένα συγκεκριμένο μη μηδενικό nxn πίνακα Τ: ' W ={A V ; AT = TA }. Να αποδειχθεί ότι τα δύο σύνολα είναι Κ- διανυσματικοί υποχώροι του V.. Έστω ο V διανυσματικός χώρος πάνω στο R, των x πινάκων με στοιχεία από το R. Έστω W το σύνολο που αποτελείται απo όλους τους x πίνακες των οποίων η ορίζουσα είναι διάφορη του μηδενός. Έστω ' W το σύνολο που αποτελείται από όλους τους πίνακες Α για τους οποίους ισχύει A = A. Είναι τα δύο αυτά υποσύνολα R -διανυσματικοί υποχώροι του μεγάλου διανυσματικού χώρου;. Να γραφεί το διάνυσμα (,-5,) διανυσμάτων (,-,), (,-4,-) και (,-5,7). R ως γραμμικός συνδυασμός των 4. Να γραφεί το πρώτο πολυώνυμο ως γραμμικός συνδυασμός των επομένων τριών πολυωνύμων: u = t + 4t = t t + 5, = t t, = t + 5. Να δειχθεί ότι τα διανύσματα (,,), (0,,) και (0,0,) παράγουν όλο το χώρο R. 6. Να βρεθούν οι συνθήκες μεταξύ των αριθμών α,β και γ που αν ισχύουν το διάνυσμα (α,β,γ) του R ανήκει στο διανυσματικό χώρο που παράγεται από τα διανύσματα (,,0),(,-,) και (0,,-4) 7. Τα διανύσματα (,,-),(,-,) και (,-,5) είναι γραμμικά ανεξάρτητα ή εξαρτημένα;

2 8. Έστω ο διανυσματικός χώρος των πολυωνύμων με συντελεστές από το R. Είναι τα τρία παρακάτω πολυώνυμα u = t t + 5t +, v = t t + 8t +, w = t 4t + 9t + 5γραμμικά ανεξάρτητα ή εξαρτημένα; Η απάντηση πρέπει να δοθεί υπολογιστικά ή αυτό προκύπτει απευθείας με την εφαρμογή κάποιου σημαντικού θεωρήματος; 9. Έστω ο χώρος των πραγματικών συναρτήσεων. Οι τρεις συναρτήσεις (t)=cost, g(t)=sint και h(t)=t είναι γραμμικά ανεξάρτητες ή εξαρτημένες; Οι τρεις συναρτήσεις (t)= t, g(t)= t και h(t)=t είναι γραμμικά ανεξάρτητες ή εξαρτημένες; 0. Αν V είναι ένας διανυσματικός χώρος πεπερασμένης διάστασης n τότε οι παρακάτω προτάσεις είναι ισοδύναμες: Κάθε σύνολο με n+ στοιχεία είναι γραμμικά εξαρτημένο (: τα στοιχεία του συνόλου είναι γραμμικά εξαρτημένα) Κάθε γραμμικά ανεξάρτητο σύνολο αποτελεί κομμάτι μιας βάσης του χώρου Κάθε γραμμικά ανεξάρτητο σύνολο με n στοιχεία είναι μια βάση.. Τα διανύσματα (,,),(,,) και (,-,) παράγουν τον (Χρησιμοποιείστε τα θεωρήματα). R ;. Έστω ο υποχώρος του 4 R που παράγεται από τα (,-,5,-), (,,,-4) και (,8,-,-5). Να βρεθεί μια βάση αυτού του υποχώρου. ΝΑ ΕΠΕΚΤΑΘΕΙ αυτή η βάση που βρέθηκε σε βάση του 4 R (δύσκολη άσκηση).. α) Έστω W = { (α, β, γ): α είναι ένας μη αρνητικός αριθμός } το υποσύνολο του R που αποτελείται από τα διανύσματα των οποίων η πρώτη συντεταγμένη είναι μη αρνητικός αριθμός. Είναι ο W R - διανυσματικός υποχώρος του R ; Γιατί; β) Έστω U και W οι R -διανυσματικοί υποχώροι των nxn συμμετρικών και nxn αντισυμμετρικών πινάκων με στοιχεία από το R, του R - διανυσματικού χώρου, V, των τετραγωνικών πινάκων με στοιχεία από το R R. Να δειχθεί ότι ο V είναι το ευθύ άθροισμα των U και W.

3 γ) Οι μη μηδενικές γραμμές ενός πίνακα αποτελούν διανύσματα γραμμικά ανεξάρτητα. Σωστό ή λάθος; δ) Δώστε μία απλή εξήγηση του γιατί το μη ομογενές γραμμικό σύστημα α = x + α x α x n n β α x + α x α x = β n n nn n n έχει μία τουλάχιστον μη μηδενική λύση αν και μόνο αν η βαθμίδα του πίνακα των συντελεστών ισούται με τη βαθμίδα του επαυξημένου πίνακα (ο επαυξημένος πίνακας είναι ο πίνακας των έχοντας αυξηθεί κατά μία στήλη που είναι η στήλη των σταθερών όρων και γράφεται τελευταία ) ε) Αν Τ είναι ένας γραμμικός μετασχηματισμός ενός διανυσματικού χώρου διάστασης ν πως μπορεί να παρασταθεί γενικά αυτός ο μορφισμός και γιατί. 4.. Έστω V V ένας γραμμικός μετασχηματισμός του διαν χώρου V και έστω V = U W, όπου U και W είναι διανυσματικοί υποχώροι του V οι οποίοι είναι F αναλλοίωτοι, διάστασης m και n αντίστοιχα. Τότε, υπάρχει βάση του V ως προς την οποία η παράσταση του F είναι της μορφής Α 0 0 Β Όπου Α και Β είναι τετραφωνικοί mxm και nxn πίνακες αντίστοιχα, και 0 οι μηδενικοί πίνακες. 5. Έστω ο x πίνακας 4 Να βρεθούν οι χαρακτηριστικές τιμές και τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά διανύσματα του πίνακα. Είναι ο Α διαγωνοποιήσιμος; Αν όχι γιατί; Αν ναι πώς;

4 6. Έστω V ο Κ-διανυσματικός χώρος διάστασης n, και μία συγκεκριμένη βάση u,... u } του διανυσματικού χώρου V. Έστω ϕ, φ,... ϕ } μία βάση του { n { n Δυϊκού διανυσματικού χώρου * V, που ορίζεται ως φ ( = για κάθε i u j ) δ δείκτη i,j =,, n., όπου δ είναι το σύμβολο του Kronckr. Να δειχθεί ότι οι διγραμμικές μορφές = φ φ } i,j =,..,n, που ορίζονται ως { i j ( u, v) = φ ( u) φ ( v) με u V, v V αποτελούν βάση του χώρου των i j διγραμμικών μορφών που είναι ορισμένες στο VxV. 7. Εστω U και V δύο R διανυσματικοί χώροι, υποχώροι του παράγονται: ο μεν πρώτος από τα διανύσματα 5 R οι οποίοι {(,,-,,), (,4,-,4,), (,,-,-,9)} ο δε δεύτερος από τα διανύσματα: {(,,0,,),(,5,-6,6,,),(,5,,,)} Να βρεθεί η διάσταση της τομής των δύο διανυσματικών χώρων. 8. Έστω το διάνυσμα (4,-,) (εννοείται ότι οι συντεταγμένες του διανύσματος βρίσκονται ως προς τη συνήθη βάση (,0,0), (0,,0) και (0,0,) ) Να βρεθούν οι συντεταγμένες αυτού του διανύσματος ως προς τη βάση {(,,), (,,0), (,0,0)}. 9. Έστω ο διανυσματικός χώρος των * πινάκων με στοιχεία από το R Να γραφεί ο πίνακας Α = 4-7 Ως προς τη βάση:

5 0. Έστω {,, } και {,, } δύο διαφορετικές βάσεις κάποιου Κ διανυσματικού χώρου Έστω επίσης ότι τα διανύσματα {,, }, ως διανύσματα του χώρου γράφονται ως προς τη βάση των {,, } = a = b = c + a + b + c + a + b + c Έστω P ο * πίνακας a a a b b b c c c Να δειχθεί ότι όταν πολλαπλασιασθεί ο πίνακας που δίνει τις συντεταγμένες ενός διανύσματος ως προς τη βάση {,, } επί τον πίνακα Ρ τότε παίρνουμε τις συντεταγμένες του διανύσματος ως προς τη βάση {,, }.. Έστω οι ακόλουθες απεικονίσεις F : R R όπου F(x,y) (x+y,x) και G : R R όπου G(x,y,z) = x-y+4z Είναι γραμμικές απεικονίσεις;. Έστω T : R R ο μορφισμός για τον οποίο ισχύει Τ(,)= και Τ(0,) =- Αφού παρατηρήσετε ότι τα (,) και (0,) αποτελούν βάση να προσδιορίσετε το Τ(α,β) δηλαδή την εικόνα οποιουδήποτε διανύσματος (α,β).. Έστω 4 T : R R ο μορφισμός για τον οποίο ισχύει T(x,y,s,t) = (x-y+s+t,x+s-t,x+y+s-t) Να βρεθούν οι βάσεις των υποχώρων KrT, ImagT 4. Να εξετασθεί ποιες από τις παρακάτω απεικονίσεις είναι γραμμικές: R R F(x,y,z) = (z,x+y) R R F(x,y,z) = (x-y,x) R R F(x,y,z) = (x+,y+z). 5. Έστω ο διανυσματικός χώρος των πολυωνύμων με μεταβλητή t και συντελεστές από το Κ. Είναι η παρακάτω απεικόνιση S γραμμική; n n+ S ( a0 + at ant ) = a0t + at ant.

6 6. Να βρεθούν ο πυρήνας, η εικόνα καθώς και οι διαστάσεις τους, των απεικονίσεων: R R F(x,y,z) = (x+y, y+z), R R F(x,y,z) = (x+y,y-z,x+z) 7. Να βρεθεί μία γραμμική απεικόνιση φ: R R της οποίας η εικόνα παράγεται από τα διανύσματα (,,) και (4,5,6) 8. Να βρεθεί μία γραμμική απεικόνιση φ: παράγεται από τα διανύσματα (,,,4) και (0,,,) 4 R R της οποίας ο πυρήνας 9. Εάν : V U είναι γραμμική απεικόνιση. Να δειχθεί ότι η εικόνα κάθε υποχώρου του V είναι υποχώρος του U και ότι το αρχέτυπο κάθε υποχώρου του U είναι υποχώρος του V. 0. Να βρεθεί μια παράσταση (ως προς τις κανονικές βάσεις) των παρακάτω απεικονίσεων R R F(x,y,z) =(x-y+4z,5x-y+z,4x+7y) R F(x,y,z) = (x+z,x-4y,x). R. Είναι γνωστό ότι κάθε n*n πίνακας Α με στοιχεία από το Κ ορίζει μία γραμμική απεικόνιση από το Κ n στο Κ n (κάθε στοιχείο u του Κ n, κάθε διάνυσμα u του Κ n δηλαδή, αντιστοιχίζεται στο διάνυσμα που προκύπτει αν πολλαπλασιαστεί ο Α με το u). Ποια είναι η παράσταση αυτής της απεικόνισης;. Στον R παρατηρούμε τις βάσεις F = {(,,), (,,0), (,0,0)} και την κανονική Ε. Να βρεθεί ο πίνακας Ρ αλλαγής βάσης από την κανονική στην F. Ο πίνακας Q αλλαγής βάσης από την F στην κανονική. Να δειχθεί ότι ο ένας από τους παραπάνω πίνακες είναι ο αντίστροφος του άλλου. Να δειχθεί ότι ένα διάνυσμα έχει συντεταγμένες ως προς τη βάση F που δίνονται από τον πολλαπλασιασμό του πίνακα Q επί τη στήλη που είναι οι συντεταγμένες του διανύσματος ως προς την κανονική βάση. Για το μρφισμό Τ(x,y,z) = (y+z,x-4y,x) ισχύει το θεώρημα [ T ] = P [ T P. F ] E

7 . Έστω ο * πίνακας Α με a =, a = 5, a =, a =, a = 4, a 7. Να = βρεθεί η παράσταση που αντιστοιχεί στο ορφισμό που ορίζεται με τη βοήθεια αυτού του πίνακα από R R ως προς τις βάσεις ={(,,),9,,0),(,0,0)} του πεδίου ορισμού και ως πρός τη g ={(,),(,5)} του πεδίου τιμών.