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

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

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

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

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

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

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

Ενότητα: Πράξεις επί Συνόλων και Σώµατα Αριθµών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

A B. (f; B) = f(x 1 ) = a 11 x 1 + a k1 x k + 0.x k x n f(x 2 ) = a 12 x 1 + a k2 x k + 0.x k x n

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

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

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

Μικροβιολογία & Υγιεινή Τροφίμων

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ. Θεωρητικα Θεµατα

Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 6

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 6

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 3

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 7

Θεωρία Τελεστών. Ενότητα: Το Φασµατικό Θεώρηµα - Εισαγωγή. Αριστείδης Κατάβολος. Τµήµα Μαθηµατικών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 7

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 7: Βάσεις Groebner I

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

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

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

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 6

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

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

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Υπολογιστική άλγεβρα Ενότητα 10: Βάσεις Groebner ενός ιδεώδους ΙΙΙ

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

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

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

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

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)

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ. Εκπαιδευτικο Υλικο Μαθηµατος

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 4

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

5.1 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Ιστορία της μετάφρασης

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

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

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 1

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

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

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

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

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

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

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

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

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 13: Ακτίνα Σύγκλισης, Αριθμητική Ολοκλήρωση, Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Σχεδιασμός & Αξιολόγηση Προγραμμάτων Εκπαίδευσης Ενηλίκων

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

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

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 16: Αναπαράσταση τελεστών με μήτρες. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μία απεικόνιση από ένα διανυσματικό χώρο V στον εαυτό του, L : V V την ονομάζουμε γραμμικό τελεστή στο V (ή ενδομορφισμό του V ). Ορισμός. L : V V γρα

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

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

Τίτλος Μαθήματος: Απειροστικός Λογισμός ΙΙΙ. Ενότητα: Όρια και συνέχεια συναρτήσεων. Διδάσκων: Ιωάννης Γιαννούλης. Τμήμα: Μαθηματικών

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

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

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Transcript:

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ Ενότητα: Ταυτόχρονη ιαγωνοποίηση Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης Τμήμα: Μαθηματικών

31 6. Ταυτόχρονη ιαγωνοποίηση 6.1. Ταυτόχρονη ιαγωνοποίηση Πινάκων. Εστω A, B M n n (K) δύο n n πίνακες µε στοιχεία από το σώµα K. Ορισµός 6.1. Οι πίνακες A, B καλούνται ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµοι αν υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P έτσι ώστε : P 1 A P = 1 και P 1 B P = 2 όπου οι πίνακες 1 και 2 είναι διαγώνιοι. διαγωνοποιεί ταυτόχρονα τους A, B. ηλαδή αν υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P ο οποίος Σκοπός µας στην παρούσα παράγραφο είναι να αποδείξουµε το ακόλουθο κριτήριο ταυτόχρονης διαγωνοποίησης : Θεώρηµα 6.2. Εστω A, B M n n (K) δύο n n πίνακες µε στοιχερία από το σώµα K. Τότε τα ακόλυθα είναι ισοδύναµα : 1. Οι πίνακες A, B είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµοι. 2. Οι πίνακες A, B είναι διαγωνοποιήσιµοι και : A B = B A. Απόδειξη. 1. = 2. Υποθέτουµε ότι οι πίνακες A, B είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµοι. Τότε οι πίνακες είναι διαγωνοποιήσιµοι και υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P έτις ώστε : P 1 A P = 1 και P 1 B P = 2 όπου οι πίνακες 1 και 2 είναι διαγώνιοι. Τότε ϑα έχουµε : P 1 (A B) P = P 1 A B P = P 1 A P P 1 B P = 1 2 P 1 (B A) P = P 1 B A P = P 1 B P P 1 A P = 2 1 Επειδή προφαβώς διαγώνιοι πίνακες µετατίθενται, ϑα έχουµε 1 2 = 2 1. Τότε P 1 (A B) P = P 1 (B A) P = (A B) P = (B A) P = A B = B A 2. = 1. Για τη απόδειξη αυτής της κατεύθυνσης χρειαζόµαστε κάποια προεργασία. Η απόδειξη ϑα ολοκληρωθεί στο Πόρισµα 6.8 στο τέλος της παραγράφου. Λήµµα 6.3. Εστω f : E E µια γραµµική απεικόνιση, όπου dim K E <. Υποθέτουµε ότι E = V W και f(v) V Θεωρούµε την επαγόµενη γραµµική απεικόνιση f V = f V : V V, όπου f V είναι ο περιορισµός της f στον υπόχωρο V. Τότε το ελάχιστο πολυώνυµο Q fv (t) της f V διαιρεί το ελάχιστο πολυώνυµο Q f (t) της f: Q fv (t) / Q f (t) Απόδειξη. Εστω Q f (t) = a 0 + a 1 t + a m 1 t m 1 + t m το ελάχιστο πολυώνυµο της f, και ϑεωρούµε την γραµµική απεικόνιση Q f (f V ) = a 0 Id V + a 1 f V + + a m 1 (f V ) m 1 + (f V ) m : V V Τότε, v V: Q f (f V )( v) = a 0 ( v) + a 1 f V ( v) + + a m 1 (f V ) m 1 ( v) + (f V ) m ( v). Επειδή f V ( v) = f( v), v V, έπεται ότι ϑα έχουµε : Q f (f V )( v) = a 0 ( v) + a 1 f( v) + + a m 1 f m 1 ( v) + f m ( v) = (a 0 Id E + a 1 f + a m 1 f m 1 + f m )( v) = Q f (f)( v) = 0. Αυτό σηµαίναι ότι το πολυώνυµο Q f (t) µηδενίζει την f V. Τότε όµως το Q f (t) ϑα διαιρείται από το ελάχιστο πολυώνυµο της f V : Q fv (t) / Q f (t).

32 Πόρισµα 6.4. Εστω f : E E µια γραµµική απεικόνιση, όπου dim K E <. Υποθέτουµε ότι E = V W και f(v) V Θεωρούµε την επαγόµενη γραµµική απεικόνιση f V : V V, όπου f V = f V είναι ο περιορισµός της f στον υπόχωρο V. Τότε : f είναι διαγωνοποιήσιµη = f V είναι διαγωνοποιήσιµη Απόδειξη. Από το Λήµµα 6.3, έχουµε Q fv (t) / Q f (t). Επειδή η f είναι διαγωνοπιήσιµη, έπεται ότι το ελάχιστο πολυώνυµο Q f (t) της f αναλύεται σε γινόµενο διακεκριµµένων πρωτοβαθµίων παραγόντων. Επειδή το ελάχιστο πολυώνυµο της f V είναι διαιρέτης του Q f (t), έπεται ότι το ελάχιστο πολυώνυµο Q fv (t) της f V αναλύεται σε γινόµενο διακεκριµµένων πρωτοβαθµίων παραγόντων. Εποµένως η f V είναι διαγωνοποιήσιµη. Πόρισµα 6.5. Εστω f : E E µια γραµµική απεικόνιση, όπου dim K E <. Υποθέτουµε ότι E = V 1 V 2 V k και f(v i ) V i, 1 i k Θεωρούµε τις επαγόµενες γραµµικές απεικόνισεις f Vi : V i V i, όπου f Vi = f Vi είναι ο περιορισµός της f στον υπόχωρο V i. Τότε : f είναι διαγωνοποιήσιµη f Vi είναι διαγωνοποιήσιµη, 1 i k Απόδειξη. = Επεται άµεσα από το Πόρισµα 6.4. = Εστω B i µια ϐάση του V i, 1 i k, η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f i. Από το ορισµό των απεικονίσεων f i, έπεται προφανώς ότι τα διανύσµατα κάθε ϐάσης B i είναι και ιδιοδιανύσµατα της f. Επειδή το άθροισµα V 1 + V 2 + + V k είναι ευθύ και µας δίνει τον χώρο E, έπεται ότι το σύνολο C := B 1 B 2 B k είναι µια ϐάση του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f. Άρα η f είναι διαγωνοποιήσιµη. Θεώρηµα 6.6. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης και f, g : E E δύο γραµµικές απεικονίσεις. Υποθέτουµε ότι οι f, g είναι διαγωνοποιήσιµες και f g = g f. Τότε υπάρχει ϐάση C του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f και της g. Απόδειξη. Επειδή η g είναι διαγωνοποιήσιµη, όπως γνωρίζουµε ϑα έχουµε : E = V g (λ 1 ) V g (λ 2 ) V g (λ k ) όπου λ 1, λ k είναι οι διακεκριµµένες ιδιοτιµές της g και V g (λ i ) είναι οι αντίστοιχοι ιδιοχώροι : V g (λ i ) = { x E g( x) = λ i x}, Εστω x V g (λ i ). Τότε g( x) = λ i x και εποµένως, i = 1, 2,, k: 1 i k f(g( x)) = f(λ i x) = (f g)( x) = λ i f( x) = (g f)( x) = λ i f( x) = g(f( x)) = λ i f( x) Εποµένως το διάνυσµα f( x) V g (λ i ), και άρα : περιορίσουµε την f σε µια γραµµική απεικόνιση f i := f Vg(λ i ) : V g (λ i ) V g (λ i ), f(v g (λ i ) V g (λ i ). Αυτό σηµαίναι ότι µπορούµε να f i ( x) = f( x) Επειδή η f είναι διαγωνοποιήσιµη, από το Πόρισµα 6.5 έπεται ότι η απεικόνιση f i είναι διαγωνοποιήσι- µη, για κάθε i = 1, 2,, k. Εστω B i µια ϐάση του V g (λ i ) η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f i. Από το ορισµό των απεικονίσεων f i, έπεται προφανώς ότι τα διανύσµατα κάθε ϐάσης B i είναι και ιδιοδιανύσµατα της f. Επειδή το άθροισµα V g (λ 1 ) + V g (λ 2 ) + + V g (λ k ) είναι ευθύ και µας δίνει τον χώρο E, έπεται ότι το σύνολο C := B 1 B 2 B k

33 είναι µια ϐάση του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f. Επειδή B i V g (λ i ) έπεται ότι τα διανύσµατα κάθε ϐάσης B i είναι και ιδιοδιανύσµατα της g. Καταλήγουµε ότι η ϐάση C του E αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f και της g. 6.2. Ταυτόχρονη διαγωνοποίηση Γραµµικών Απεικονίσεων. Ορισµός 6.7. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης και f, g : E E δύο γραµµικές απεικονίσεις. Τότε οι f, g καλούνται ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµες, αν υπάρχει ϐάση C του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f και της g. Θεώρηµα 6.8. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης και f, g : E E δύο γραµµικές απεικονίσεις. Τότε τα ακόλουθα είναι ισοδύναµα : (1) Οι f, g είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµες. (2) Οι f, g είναι διαγωνοποιήσιµες και f g = g f. Απόδειξη. (2) = (1) Η κατεύθυνση αυτή αποδείχθηκε στο Θεώρηµα 6.6. (1) = (2) Εστω ότι οι f, g είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµες, δηλαδή υπάρχει ϐάση C = { e 1, e 2,, e n } του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f και της g, τα οποία αντιστοιχούν στις ιδιοτιµές λ 1, λ 2,, λ n της f και στις ιδιοτιµές µ 1, µ 2,, µ n της f Τότε : (f g)( e i ) = f(g( e i )) = f(µ i e i ) = µ i f( e i ) = µ i λ i e i (g f)( e i ) = g(f( e i )) = g(λ i e i ) = λ i g( e i ) = λ i µ i e i Εποµένως (f g)( e i ) = (g f)( e i ), για κάθε διάνυσµα e i της ϐάσης C. Τότε όµως f g = g f. Το ακόλουθο Πόρισµα ολοκληρώνει την απόδειξη της κατεύθυνσης 2. = 1. του Θεωρήµατος 6.2. Πόρισµα 6.9. Εστω A και B δύο διαγωνοποιήσιµοι n n πίνακες υπεράνω του σώµατος K. Αν A B = B A, τότε υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P έτσι ώστε : όπου οι πίνακες 1 και 2 είναι διαγώνιοι. Απόδειξη. Θεωρούµε τις γραµµικές απεικονίσεις P 1 A P = 1 και P 1 B P = 2 f A, f B : K n K n, f A (X) = A X και f B (X) = B X Επειδή οι πίνακες A και B είναι διαγωνοποιήσιµοι, έπεται ότι και οι γραµµικές απεικονλίσεις f A και f B είναι διαγωνοποιήσιµες. Επειδή A B = B A, έπεται άµεσα ότι f A f B = f B f A. Τότε από το Θεώρηµα 6.5 έπεται ότι υπάρχει ϐάση C του K n η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα της f A και της f B. Άρα ο πίνακας της f A στην C είναι ένας διαγώνιος πίνακας 1 και ο πίνακας της f B στην C είναι ένας διαγώνιος πίνακας 2. Τότε όµως υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P έτσι ώστε οι πίνακας P 1 A P = 1 και P 1 B P = 2. Τα παραπάνω γενικεύονται και για παραπάνω από δύο πίνακες. Ορισµός 6.10. Εστω A 1, A 2,, A r n n πίνακες υπεράνω του σώµατος K. Οι πίνακες A 1, A 2,, A r καλούνται ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµοι αν υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P έτσι ώστε : P 1 A i P = i 1 i r όπου οι πίνακες i διαγώνιοι. ηλαδή αν υπάρχει αντιστρέψιµος πίνακας P ο οποίος διαγωνοποιεί ταυτόχρονα τους A 1, A 2,, A r.

34 Ορισµός 6.11. Εστω E ένας K-διανυσµατικός χώρος πεπερασµένης διάστασης υπεράνω του σώµατος K, και f 1, f 2,, f r : E E γραµµικές απεικονίσεις. Οι f 1, f 2,, f r καλούνται ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµες αν υπάρχει ϐάση B του E η οποία αποτελείται από ιδιοδιανύσµατα των f 1, f 2,, f r. Με ϐάση τα Θεωρήµατα 6.2 και 6.8 και µε χρήση επαγωγής αποδεικνύεται εύκολα και το ακόλουθο Θεώρηµα : Θεώρηµα 6.12. (1) Εστω A 1, A 2,, A r n n πίνακες υπεράνω του σώµατος K. Τότε τα ακόλουθα είναι ισοδύναµα : (α ) Οι πίνακες A 1, A 2,, A r είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµοι. (ϐ ) Οι πίνακες A 1, A 2,, A r είναι διαγωνοποιήσιµοι και A i A j = A j A i, 1 i j r. (2) Εστω f 1, f 2,, f r : E E γραµµικές απεικονίσεις, όπου dim K E <. Τότε τα ακόλουθα είναι ισοδύναµα : (α ) Οι f 1, f 2,, f r είναι ταυτόχρονα διαγωνοποιήσιµες. (ϐ ) Οι f 1, f 2,, f r είναι διαγωνοποιήσιµες και f i f j = f j f i, 1 i j r. Ασκηση 6.13. 1. Να ορισθούν οι έννοιες ταυτόχρονα τριγωνοποιήσιµοι πίνακες και ταυτόχρονα τριγωνοποιήσιµες γραµµικές απεικονίσεις 2. Να εξετασθεί αν το Θεώρηµα 6.12 ισχύει αν στην διατύπωσή του έχουµε παντού τριγωνοποιήσιµους πίνακες ή τριγωνοποιήσιµες γραµµικές απεικονίσεις αντί διαγωνοποιήσιµους πίνακες ή διαγωνοποιήσιµες γραµµικές απεικονίσεις.

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/.