Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Σχετικά έγγραφα
Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα Ι. Ενότητα: Βαθµίδα Πίνακα. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα Ι. Ενότητα: Πινάκες και Γραµµικές Απεικονίσεις. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα Ι. Ενότητα: υϊκοί Χώροι και Χώροι Πηλίκα. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ. Θεωρητικα Θεµατα

Ενότητα: Δακτύλιοι, Ακέραιες Περιοχές, Σώματα. Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

Ενότητα: Πράξεις επί Συνόλων και Σώµατα Αριθµών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μικροβιολογία & Υγιεινή Τροφίμων

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 7

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 6

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

Ενότητα: Ο Δακτύλιος Πολυωνύμων μιας Μεταβλητής. Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 6

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων. Ενότητα: Ευθέα Γινόμενα Ομάδων. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 9 Επαναληπτικες Ασκησεις

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: Γραµµικές απεικονίσεις. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα Ι. Ενότητα: Γραµµικές Απεικονίσεις. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων. Ενότητα: Επιλύσιμες Ομάδες. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Ιστορία της μετάφρασης

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συνδυαστική Ανάλυση Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Τίτλος Μαθήματος: Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές IΙΙ. Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Αθανάσιος Σταυρακούδης

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 7: Βάσεις Groebner I

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Βασικές Αρχές Φαρμακοκινητικής

Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Γραφημάτων. Ενότητα: Εισαγωγή σε βασικές έννοιες. Διδάσκων: Λέκτορας Xάρης Παπαδόπουλος. Τμήμα: Μαθηματικών

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: ιανυσµατικοί χώροι. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Οικονομετρία. Εξειδίκευση του υποδείγματος. Μορφή της συνάρτησης: Πολυωνυμική, αντίστροφη και αλληλεπίδραση μεταβλητών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Σχεδιασμός & Αξιολόγηση Προγραμμάτων Εκπαίδευσης Ενηλίκων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Συστήματα Πολλών Σωματίων Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Διοικητική Λογιστική

Ιστορία της μετάφρασης

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές I

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 5: Το Θεώρημα του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 4 : Ορθογωνιότητα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συναρτήσεις πολλών μεταβλητών Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

Λογισμός 4 Ενότητα 10

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Transcript:

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ Ενότητα: Κανονική Μορφή Fitting Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης Τμήμα: Μαθηματικών

26 5. Κανονική Μορφή Fitting Εστω A M n n (K) ένας πίνακας. ακόλουθου Θεωρήµατος : Σκοπός µας στην παρούσα παράγραφο είναι η απόδειξη του Θεώρηµα 5.1. Εστω A M n n (K) ένας πίνακας. Τότε ο A είναι όµοιος µε έναν πίνακα της µορφής B = N όπου ο P είναι αντιστρέψιµος και ο N είναι µηδενοδύναµος. P Η παραπάνω µορφή καλείται µορφή Fitting του πίνακα A. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης υπεράνω του σώµατος K, και f : E E µια γραµµική απεικόνιση. Συµβολίζουµε µε f k = f f f (k-ϕορές) την σύνθεση της f µε τον εαυτό της k-ϕορές, k 1. Υπενθυµίζουµε ότι η f καλείται µηδενοδύναµη αν f k = 0. 5.1. Αποσύνθεση Fitting. Για να αποδείξουµε το Θεώρηµα 5.1 χρειαζόµαστε πρώτα κάποια προεργασία. Πρόταση 5.2. (1) Υπάρχει µια (αύξουσα) ακολουθία υπόχωρων του E: { 0} Ker(f) Ker(f 2 ) Ker(f k ) Ker(f k+1 ) E (5.1) και ϕυσικός αριθµός µ 0 έτσι ώστε : Ker(f µ ) = Ker(f µ+1 ) = Ker(f µ+2 ) =. (2) Υπάρχει µια (ϕθίνουσα) ακολουθία υποχώρων του E: { 0} Im(f k+1 ) Im(f k ) Im(f 2 ) Im(f) E (5.2) και ϕυσικός αριθµός λ 0 έτσι ώστε : Im(f λ ) = Im(f λ+1 ) = Im(f λ+2 ) =. Απόδειξη. (1) είχνουµε πρώτα ότι Ker(f k ) Ker(f k+1 ), k 0 Εστω x Ker(f k ), δηλαδή f k ( x) = 0. Τότε f(f k ( x)) = 0 και άρα (f f k )( x) = f k+1 ( x) = 0. Άρα x Ker(f k+1 ( x) = 0 και εποµένως Ker(f k ) Ker(f k+1 ). Ετσι έχουµε την ακολουθία υπόχωρων (5.1). Τότε όµως ϑα έχουµε και dim K Ker(f k ) dim K Ker(f k+1 ), k 0 Τότε η ακολουθία υπόχωρων (5.1) επάγει την αύξουσα ακολουθία ϕυσικών αριθµών 0 dim K Ker(f) dim K Ker(f 2 ) dim K Ker(f k ) dim K Ker(f k+1 ) dim K E Επειδή dim K E <, έπεται το σύνολο ϕυσικών αριθµών { dim K Ker(f k ), k 0 } είναι πεπερασµένο. Άρα υπάρχει ϕυσικός µ 0 έτσι ώστε : dim K Ker(f µ ) = dim K Ker(f µ+1 ) = dim K Ker(f µ+2 ) =. Επειδή από την ακολουθία (5.1) έχουµε Ker(f µ ) Ker(f µ+1 ) Ker(f µ+2 ), έπεται ότι : (2) είχνουµε πρώτα ότι Ker(f µ ) = Ker(f µ+1 ) = Ker(f µ+2 ) = Im(f k+1 ) Im(f k ), k 0

Εστω x Im(f k+1 ), δηλαδή υπάρχει y E έτσι ώστε : f k+1 ( y) = x. Τότε f k+1 ( y) = (f k f)( y) = f k (f( y)) = x, και άρα x Im(f k ). Ετσι Im(f k+1 ) Im(f k ). Ετσι έχουµε την ακολουθία υπόχωρων (5.2). Τότε όµως ϑα έχουµε και dim K Im(f k+1 ) dim K Im(f k ), k 0 Τότε η ακολουθία υπόχωρων (5.2) επάγει την αύξουσα ακολουθία ϕυσικών αριθµών 0 dim K Im(f k+1 ) dim K Im(f k ) dim K Im(f 2 ) dim K Im(f) dim K E Επειδή dim K E <, έπεται το σύνολο ϕυσικών αριθµών { dim K Im(f k ), k 0 } είναι πεπερασµένο. Άρα υπάρχει ϕυσικός λ 0 έτσι ώστε : = dim K Im(f λ+2 ) = dim K Im(f λ+1 ) = dim K Im(f λ ). Επειδή από τη ακολουθία (5.2) έχουµε Im(f λ+2 ) Im(f λ+1 ) Im(f λ ), έπεται ότι : = Im(f λ+2 ) = Im(f λ+1 ) = Im(f λ ) 27 Λήµµα 5.3. Με τους συµβολισµούς της Πρότασης 5.2, έστω m := max{µ, λ}. 1. f(ker(f m ) Ker(f m ) και άρα η f : E E επάγει µια γραµµική απεικόνιση : f 1 : Ker(f m ) Ker(f m ), f 1 ( x) = f( x) Επιπλέον η f 1 είναι µηδενοδύναµη, δηλαδή f1 r = 0, για κάποιον r 1. 2. f(im(f m ) Im(f m ) και άρα η f : E E επάγει µια γραµµική απεικόνιση : Επιπλέον η f 2 είναι ισοµορφισµός. f 2 : Im(f m ) Im(f m ), f 2 ( x) = f( x) Απόδειξη. (1) Για το 1. ϑα έχουµε : (α) Εστω x Ker(f m ), δηλαδή f m ( x) = 0. Τότε f(f m ( x)) = f( 0) = 0 και άρα f m+1 ( x) = 0, δηλαδή x Ker(f m+1 ). Οµως επειδή m µ, έχουµε Ker(f m+1 ) = Ker(f m ) και άρα x Ker(f m. Εποµένως f(ker(f m )) Ker(f m ). Προφανώς τότε η f επάγει µια γραµµική απεικόνιση f 1 : Ker(f m ) Ker(f m ), ορίζοντας f 1 ( x) = f( x), x Ker(f m ). (ϐ) Εστω x Ker(f m ), δηλαδή f m ( x) = 0. Τότε f1 m+1 ( x = f m+1 ( x) = f(f m ( 0) = f( 0) = 0. Άρα ϑέτοντας r = m + 1 έχουµε f1 r( x) = 0, x Ker(f m ) και εποµένως f1 r = 0, δηλαδή η f 1 είναι µηδενοδύναµη. (2) Για το 2. ϑα έχουµε : (α) Εστω x f(im(f m )), δηλαδή υπάρχει y Im(f m ) έτσι ώστε : f( y) = x. Επειδή y Im(f m ) έπεται ότι υπάρχει z E έτσι ώστε : f m ( z) = y. Τότε x = f( y) = f(f m ( z)) = f m+1 ( z και άρα x Im(f m+1 ). Επειδή m λ, έπεται ότι ϑα έχουµε Im(f m+1 ) = Im(f m ) και άρα x Im(f m. Εποµένως f(im(f m )) Im(f m ). Προφανώς τότε η f επάγει µια γραµµική απεικόνιση f 1 : Im(f m ) Im(f m ), ορίζοντας f 2 ( x) = f( x), x Im(f m ). (ϐ) Εστω y Im(f m ). Επειδή Im(f m ) = Im(f m+1 ), έπεται ότι y Im(f m+1 ) και άρα υπάρχει x E έτσι ώστε : f m+1 ( x) = y. Τότε : y = f m+1 ( x) = f(f m ( x) και ϑέτοντας z := f m ( x) Im(f m ) ϑα έχουµε y = f( z) = f 2 ( z). Αυτό σηµαίνει ότι η f 2 είναι επιµορφισµός. Επειδή dim K Im(f m ) dim K E <, έπεται ότι η f 2 είναι ισοµορφισµός. Θεώρηµα 5.4. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης υπεράνω του σώµατος K. Αν f : E E είναι µια γραµµική απεικόνιση, τότε υπάρχει m 1 έτσι ώστε : E = Ker(f m ) Im(f m ) Απόδειξη. Εστω m = max{µ, λ} όπως στην Πρόταση 5.2 ή στο Λήµµα 5.3.

28 (1) είχνουµε πρώτα ότι : Ker(f m ) Im(f m ) = { 0}. Εστω x Ker(f m ) Im(f m ). Τότε f m ( x) = 0 και υπάρχει y E έτσι ώστε f m ( y) = x. Τότε f 2m ( y) = f m (f m ( y)) = f m ( x) = 0 και άρα y Ker(f 2m ). Επειδή Ker(f 2m ) = Ker(f m ), έπεται ότι y Ker(f m ) και άρα x = f m ( y) = 0. Εποµένως Ker(f m ) Im(f m ) = { 0}. (2) είχνουµε ότι : E = Ker(f m ) + Im(f m ). Εστω x E. Τότε f m ( x) Im(f m ). Επειδή Im(f m ) = Im(f 2m ) έπεται ότι f m ( x) Im(f 2m ) και άρα υπάρχει y E έτσι ώστε : f m ( x) = f 2m ( y). Τότε : f m ( x) = f 2m ( y) = f m (f m ( y)) και άρα f m ( x f m ( y)) = 0. Θέτοντας z := x f m ( y) έπεται ότι z Ker(f m ) και x = z + f m ( y, z Ker(f m ), f m ( y) Im(f m ) Η τελευταία σχέση δείχνει ότι : E = Ker(f m ) + Im(f m ). Από τα (1) και (2) έχουµε ότι E = Ker(f m ) Im(f m ). Θεώρηµα 5.5. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης υπεράνω του σώµατος K. Αν f : E E είναι µια γραµµική απεικόνιση, τότε υπάρχει ϐάση B του E έτσι ώστε ο πίνακας της f στην ϐάση B να είναι της µορφής : M B B (f) = N όπου ο P είναι αντιστρέψιµος και ο N είναι µηδενοδύναµος. Απόδειξη. Εστω ο ϕυσικός αριθµός m όπως στο παραπάνω Θεώρηµα 5.3. Τότε ϑα έχουµε E = Ker(f m ) Im(f m ). Από την άλλη πλευρά από την Πρόταση 5.2 η f επάγει έναν ισοµορφισµό και µια µηδενοδύναµη γραµµική απεικόνιση P f 2 : Im(f m ) Im(f m ), f 2 = f Im(f m ) f 1 : Ker(f m ) Ker(f m, f 1 = f Ker(f m ) Εστω B 1 µια ϐάση του υπόχωρου Ker(f m ) και B 2 µια ϐάση του υπόχωρου Im(f m ). Τότε ο πίνακας P := M B 2 B 2 (f 2 ) της f 2 στην ϐάση B 2 ϑα είναι αντιστρέψιµος (επειδή η f 2 είναι ισοµορφσιµός) και ο πίνακας N := M B 1 B 1 (f 1 ) της f 1 στην ϐάση B 1 ϑα είναι µηδενοδύναµος (επειδή η f 1 είναι µηδενοδύναµη. Επειδή το άθροισµα Ker(f m ) + Im(f m ) είναι ευθύ και µας δίνει τον χώρο E, έπεται ότι το σύνολο B = B 1 B 2 είναι µια ϐάση του E. Τότε προφανώς f(b 2 ) Im(f m ) και f(b 1 ) Ker(f m ) και τότε ο πίνακας της f στην ϐάση B ϑα είναι της µορφής M B B (f) = N όπου ο P είναι αντιστρέψιµος και ο N είναι µηδενοδύναµος. P 5.2. Κανονική Μορφή Fitting. Είµαστε τώρα σε ϑέση να αποδείξουµε το Θεώρηµα 5.1. Απόδειξη του Θεωρήµατος 5.1: Θεωρούµε την γραµµική αεπικόνιση f A : K n K n, f A (X) = A X

29 Από το Θεώρηµα 5.4 έπεται ότι υπάρχει ϐάση B του K n έτσι ώστε ο πίνακας της f A στην ϐάση B να είναι της µορφής : M B B (f A) = N Επειδή ο πίνακας της f A στην κανονική ϐάση του K n είναι ο A έπεται ότι ο πίνακας A είναι όµοιος µε τον παραπάνω πίνακα. P 5.3. Ευθύ Αθροισµα Γραµµικών Απεικονίσεων και Πινάκων. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος υπεράνω του σώµατος K. Υποθέτουµε ότι E = V W και έστω f : V V και g : W W δύο γραµµικές απεικονίσεις. Ορισµός 5.6. Το ευθύ άθροισµα f g των γραµµικών απεικονίσεων f και g ορίζεται να είναι η απεικόνιση f g : E = V W E = V W, (f g)( v + w) = f( v) + g( w) Είναι εύκολο να δει κανείς ότι η f g είναι µια γραµµική απεικόνιση. Εστω A M n n (K) και B M m m (K) δύο τετραγωνικοί πίνακες, ενδεχοµένως διαφορετικού µεγέθους. Ορισµός 5.7. Το ευθύ άθροισµα A B των A M n n (K) και B M m m (K) ορίζεται να είναι ο (n + m) (n + m) πίνακας A B = A B Παράδειγµα 5.8. Εστω E ένας διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης και υποθέτουµε ότι E = V W, για κάποιους υπόχωρους V, W του E. Εστω f : V V και g : W W δύο γραµµικές απεικονίσεις. Αν B V είναι µαι ϐάση του V και B W είναι µια ϐάση του W, τότε όπως γνωρίζουµε το σύνολο B = B V B W είναι µια ϐάση του E. Εύκολα ϐλέπουµε ότι ϑέτοντας B = M B V B V (f) και C = M B W B (g), έχουµε : W MB B (f g) = B C = B C Παράδειγµα 5.9. Εστω E ένας διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης και υποθέτουµε ότι E = V W, για κάποιους υπόχωρους V, W του E. Εστω f : E E µια γραµµική απεικόνιση. Υποθέτουµε ότι : f(v) V και f(w) W. Τότε ορίζονται οι περιορισµοί της f στους υπόχωρους V και W: Προφανώς ϑα έχουµε : f V : V V, f W : W W, f = f V f W f V ( v) = f( v) f W ( w) = f( w)

30 Θεώρηµα 5.10. Εστω f : E E µια γραµµική απεικόνιση, όπου dim K E <. Τότε η f µπορεί να γραφεί ώς ευθύ άθροισµα f = g h κατάλληλων γραµµικών απεικονίσεων g : V V και h: W W, όπου V, W είναι υπόχωροι του E, και όπου : (1) η γραµµική απεικόνιση g : V V είναι ισοµορφισµός. (2) η γραµµική απεικόνιση h : W W είναι µηδενοδύναµη, δηλ. h m = 0, για κάποιο m 1. Απόδειξη. Θεωρούµε τον ϕυσικό αριθµό m του Θεωρήµατος 5.4, και ϑέτουµε : Τότε από το Θεώρηµα 5.4 ϑα έχουµε : V := Im(f m ) και W := Im(f m ) E = V W Από το Λήµµα 5.3 έπεται ότι f(v) V και η επαγόµενη γραµµική απεικόνιση f V : V V είναι ισο- µορφισµός, και f(w) W και η επαγόµενη γραµµική απεικόνιση f W : W W είναι µηδενοδύναµη. Θέτοντας g = f V και h = f W, µε χρήση του Παραδείγµατος 5.9 ϑα έχουµε το Ϲητούµενο. Θεώρηµα 5.11. Εστω A M n n (K) ένας τετραγωνικός πίνακας. Τότε ο A είναι όµοιος µε έναν πίνακα D ο οποίος ώς ευθύ άθροισµα πινάκων : D = B C όπου B M k k (K), C M r r (K), όπου k + r = n, και : (1) ο πίνακας B είναι αντιστρέψιµος. (2) ο πίνακας C είναι µηδενοδύναµος, δηλ. C m = 0, για κάποιο m 1. Απόδειξη. Εφαρµόζουµε το Θεώρηµα 5.10 για την γραµµική απεικόνιση f A : K n K n, Υπάρχουν υπόχωροι V και W του K n έτσι ώστε : K n = V V f A (X) = A X και f A (V) V και f A (W) W. Με χρήση του Παραδείγµατος 5.8 και του Θεωρήµατος 5.11, αν B 1 είναι µια ϐάση του V και B 2 είναι µια ϐάση του W, τότε ϑέτοντας B = B 1 B 2, ϑα έχουµε µια ϐάση του K n στην οποία ο πίνακας D της f A ϑα είναι το ευθύ άθροισµα B C πινάκων, όπου B είναι ένας αντιστρέψιµος k k πίνακας, ο C είναι ένας µηδενοδύναµος r r πίνακας, και k + r = n. Εποµένως ο πίνακας A είναι όµοιος µε τον πίνακα D = B C.

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Σημειώματα Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης «Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1249. Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.