DesignMat Uge 11 Lineære afbildninger

Relaterede dokumenter
DesignMat Uge 2. Preben Alsholm. Efterår Lineære afbildninger. Preben Alsholm. Lineære afbildninger. Eksempel 2 på lineær.

Løsninger til udvalgte Eksamensopgaver i Lineær Algebra Juni 2000 og Juni 2001.

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Affine rum. a 1 u 1 + a 2 u 2 + a 3 u 3 = a 1 u 1 + (1 a 1 )( u 2 + a 3. + a 3. u 3 ) 1 a 1. Da a 2

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

DesignMat Lineære differentialligninger I

Tidligere Eksamensopgaver MM505 Lineær Algebra

DesignMat Lineære differentialligninger I

Underrum - generaliserede linjer og planer

Lineær Algebra, kursusgang

Førsteordens lineære differentialligninger

DesignMat Uge 5 Systemer af lineære differentialligninger II

DesignMat Lineære ligningssystemer og Gauss-elimination

Nøgleord og begreber. Definition 15.1 Den lineære 1. ordens differentialligning er

DesignMat Egenværdier og Egenvektorer

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

Lineær Algebra F08, MØ

DesignMat. Preben Alsholm. September Egenværdier og Egenvektorer. Preben Alsholm. Egenværdier og Egenvektorer

Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

Figur. To ligninger i to ubekendte. Definition Ved m lineære ligninger med n ubekendte forstås. Definition 6.4 Givet ligningssystemet

Lineære Afbildninger. enote Om afbildninger

DesignMat Uge 11 Vektorrum

Lineær Algebra - Beviser

Lineær Algebra eksamen, noter

Besvarelser til Lineær Algebra Reeksamen August 2016

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

Lineære differentialligningers karakter og lineære 1. ordens differentialligninger

Eksamen i Lineær Algebra

Oversigt [LA] 11, 12, 13

4.1 Lineære Transformationer

Eksamen i Lineær Algebra

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

x 2 + y 2 dx dy. f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) + 2 1) Angiv en ligning for tangentplanen til fladen z = f(x, y) i punktet

Lidt alment om vektorrum et papir som grundlag for diskussion

Egenværdier og egenvektorer

3.1 Baser og dimension

Nøgleord og begreber Ortogonalt komplement Tømrerprincippet. [LA] 13 Ortogonal projektion

Lineær Algebra, TØ, hold MA3

DesignMat Kvadratiske matricer, invers matrix, determinant

Uge 11 Lille Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Det ortogonale komplement

Mat 1. 2-timersprøve den 5. december 2016.

Nøgleord og begreber Separable ligninger 1. ordens lineær ligning August 2002, opgave 7 Rovdyr-Byttedyr system 1. ordens lineært system Opgave

Vektorrum. enote Generalisering af begrebet vektor

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

Teoretiske Øvelsesopgaver:

Egenværdier og egenvektorer

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

2010 Matematik 2A hold 4 : Prøveeksamen juni 2010

Oversigt [LA] 6, 7, 8

Module 1: Lineære modeller og lineær algebra

Eksamen i Lineær Algebra

Lineære 2. ordens differentialligninger med konstante koefficienter

Eksempel på 2-timersprøve 2 Løsninger

Lineær algebra 1. kursusgang

Endeligdimensionale vektorrum

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [DL] 1, 2

Om første og anden fundamentalform

DesignMat Uge 11. Vektorrum

Besvarelser til Lineær Algebra med Anvendelser Ordinær Eksamen 2016

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Eksamen i Lineær Algebra

DesignMat Komplekse tal

DesignMat Uge 4 Systemer af lineære differentialligninger I

Eksamen i Lineær Algebra

1 Om funktioner. 1.1 Hvad er en funktion?

1 Vektorrum. MATEMATIK 3 LINEÆR ALGEBRA M. ANV. 4. oktober Miniprojekt: Lineær algebra på polynomier

Sylvesters kriterium. Nej, ikke mit kriterium. Sætning 9. Rasmus Sylvester Bryder

Lineær algebra: Egenværdier, egenvektorer, diagonalisering

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

Oversigt [LA] 3, 4, 5

MASO Uge 8. Invers funktion sætning og Implicit given funktion sætning. Jesper Michael Møller. Department of Mathematics University of Copenhagen

Lineære normale modeller (1) udkast. 1 Flerdimensionale stokastiske variable

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 5

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 7

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2017

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2018

Lineære ligningssystemer

Lineære ligningssystemer og Gauss-elimination

Lineær Algebra. Lars Hesselholt og Nathalie Wahl

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 6

DiploMat 1 Inhomogene lineære differentialligninger

Vi indleder med at minde om at ( a) = a gælder i enhver gruppe.

Definition multiplikation En m n-matrix og en n p-matrix kan multipliceres (ganges sammen) til en m p-matrix.

Nøgleord og begreber. Definition multiplikation En m n-matrix og en n p-matrix kan multipliceres (ganges sammen) til en m p-matrix.

Funktion af flere variable

Fordybelsesprojekt Matematik 2, forår 2005 Potensrækker

Ølopgaver i lineær algebra

Kvadratiske matricer. enote Kvadratiske matricer

(Prøve)eksamen i Lineær Algebra

Sandt/falsk-opgave: Diskuter opgave 23 side 12 i gruppen, men husk at begrunde jeres svar, som teksten før opgave 23 kræver!

Oversigt [LA] 3, 4, 5

1 Vektorrum. MATEMATIK 3 LINEÆR ALGEBRA 6. oktober 2016 Miniprojekt: Lineær algebra på polynomier

Reeksamen i Lineær Algebra

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

5 opgaver er korrekt besvarede.

Transkript:

DesignMat Uge Lineære afbildninger Preben Alsholm Forår 008 Lineære afbildninger. Definition Definition Lad V og W være vektorrum over samme skalarlegeme L (altså enten R eller C for begge). Afbildningen f : V! W kaldes lineær, hvis for alle u, v V og s L vi har f (u + v) = f (u) + f (v) f (su) = s f (u) Lad a, a,..., a n være en basis for V. Vi så sidst, at koordinatafbildningen K a : V! L n er lineær. Kernen for f : V! W er mængden ker f = fv V j f (v) = 0 g. Kaldes også nulrummet og betegnes ofte i stedet med N ( f ). Kernen er et underrum af V. Billedrummet for f er f (V) = fw W j9v V så f (v) = w g. Billedrummet er et underrum af W.. Eksempel på lineær afbildning Eksempel på lineær afbildning Lad A være en m n-matrix. Definer afbildningen f : R n! R m ved f (x) = Ax for alle x R n. f er lineær: For alle x, y R n og s R gælder f (x + y) = A (x + y) = Ax + Ay = f (x) + f (y) og f (sx) = A (sx) = sax = s f (x). ker ( f ) = fx R n jax = 0 g = N (A) nulrummet for matricen A. f (R n ) = Col (A) = søjlerummet, rummet udspændt af søjlerne i A.

Konkret eksempel: A = 4 5 R.. ker ( f ) = span [ 0] T. f R = Vi skal senere se, at alle lineære afbildninger mellem endelig-dimensionale vektorrum kan repræsenteres ved matrixafbildninger.. Eksempel på lineær afbildning Eksempel på lineær afbildning Lad P n (R) være mængden af reelle polynomier af grad højst n og med variabelnavn x. Differentiationsoperatoren D x : P n (R)! P n (R) givet ved D x (p (x)) = p 0 (x) for alle p (x) P n (R). At D x er lineær er en velkendt sag om differentiation af sum og differentiation af udtryk ganget med en konstant. ker (D x ) = P 0 (R) altså mængden af konstante polynomier. D x (P n (R)) = P n (R). Bemærk, at vi kunne have betragtet D x som en afbildning fra P n (R) til P n (R). Den ville så have været surjektiv..4 Eksempel og 4 på lineær afbildning Eksempel og 4 på lineær afbildning Afbildningen D : C (I)! C 0 (I) givet ved D (g) = g 0 for alle g C (I) er lineær. ker (D) er mængden af funktioner konstante på intervallet I. D er surjektiv, da enhver kontinuert funktion har en stamfunktion. Differentialoperatoren d : C (R)! C 0 (R) givet ved d (g) = g 00 + g 0 5g for alle g C (R) er lineær. ker (d) er mængden af løsninger til den homogene lineære differentialligning g 00 + g 0 5g = 0. Den fuldstændige løsning er g (t) = c e t + c e 5 t. Vi ser, at en basis for ker (d) er funktionerne t 7! e t og t 7! e dim ker (d) =. At billedrummet d C (R) = C 0 (R) følger af, at g 00 + g 0 en løsning for alle q C 0 (R). 5 t. Så 5g = q har

.5 Struktursætning mm. Struktursætning mm. Hvis x p V er en partikulær løsning til den lineære ligning f (x) = b, så er den fuldstændige løsning summen af x p og den fuldstændige løsning til den tilsvarende homogene ligning f (x) = 0. Som bekendt er denne sætning meget anvendelig, når f er en lineær differentialoperator. Så lyder den: Hvis x p er en partikulær løsning til den inhomogene differentialligning, så er den fuldstændige løsning summen af x p og den fuldstændige løsning til den tilsvarende homogene differentialligning. Rangen af f defineres som ρ ( f ) = dim f (V). Nulliteten for f defineres som ν ( f ) = dim ker ( f ). Dimensionssætningen. Lad f : V! W være lineær. Så gælder dim V = ν ( f ) + ρ ( f ). Beviset udskydes til matrixfremstillingen for en lineær afbildning er på plads..6 Matrixfremstilling for lineære afbildninger I Matrixfremstilling for lineære afbildninger I Lad f : V! W. Lad a, a,..., a n være en basis for V, og lad c, c,..., c m være en basis for W. Afbildningsmatricen for f mht. de givne baser defineres som cf a = [K c ( f (a )) K c ( f (a ))... K c ( f (a n ))] c F a er åbenbart en m n-matrix. Der er en enentydig sammenhæng mellem m n-matricer og lineære afbildninger fra V til W. Sætning 6.6. K c ( f (v)) = c F a K a (v) for alle v V. Bevis. Skriv v = x a +... + x n a n. Så er x = K a (v) og f (v) = x f (a ) +... + x n f (a n ). Dermed fås K c ( f (v)) = x K c ( f (a )) +... + x n K c ( f (a n )) = [K c ( f (a )) K c ( f (a ))... K c ( f (a n cf a K a (v).

.7 Eksempel på afbildningsmatrix Eksempel på afbildningsmatrix D x : P (R)! P (R) givet ved D x (p (x)) = p 0 (x) for alle p (x) P (R). Monomiebasen (m) i P (R), altså, x, x, x og monomiebasen (m) i P (R), altså, x, x. m F m = K m (D x ()) K m (D x (x)) K m D x x K m D x x. m F m = K m (0) K m () K m (x) K m x. m F m = 4 0 0 0 0 0 0 5. 0 0 0 Polynomiet p (x) = 7x + 4x + kan nu differentieres således K m (D x (p (x))) = mf m K m (p (x)) = m F m 6 4 7 4 0 5 = 4 4 0 5. Altså D x (p (x)) = 4 + 7 x..8 Matrixfremstilling for lineære afbildninger II Matrixfremstilling for lineære afbildninger II Vi så i Sætning 6.6 at for en given lineær afbildning f og givne baser a og c gælder K c ( f (v)) = c F a K a (v) for alle v V. Omvendt gælder: Hvis der til f : V! W findes en matrix F, så K c ( f (v)) = FK a (v) for alle v V, så er f lineær og F = c F a. Linearitet: Af K c f (v) = FK a (v) følger f (v) = Kc FK a (v). Men højresiden er lineær i v. Videre fås FK a (v) = c F a K a (v) for alle v V. Heraf følger F = c F a. Sætning 6.9. ν ( f ) = ν ( c F a ) og ρ ( f ) = ρ ( c F a ). Da ν ( c F a ) + ρ ( c F a ) = n = dim V er dimensionssætningen dim V = ν ( f ) + ρ ( f ) bevist..9 Eksempel på afbildningsmatrix I Eksempel på afbildningsmatrix I En lineær afbildning f fra V med basen a, a, a til W med basen b, b opfylder f (a + a + a ) = 5b b, f (a a ) = b + b og f (a + a ) = b + b 4

Vi bestemmer afbildningsmatricen b F a for f. Med v = a + a + a, v = a a og v = a + a har vi Af K b ( f (v i )) = b F a (K a (v i )) med i =,, fås = b F a = b F a 4 5 og 0 Dvs. b F a 4 0 5 = 0 = b F a 4 0 5. 5.0 Eksempel på afbildningsmatrix II. 5 4 Eksempel på afbildningsmatrix II Da den inverse til 4 0 5 er 4 5 får vi derfor, at 0 5 bf a = 4 5 4 0 = 6 5 4 Ved hjælp af b F a kan eksempelvis f (a ) nu bestemmes til f (a ) = b + 6b.. Eksempel på afbildningsmatrix: Koordinatskiftematricen Eksempel på afbildningsmatrix: Koordinatskiftematricen Lad a = a, a,..., a n og c = c, c,..., c n begge være baser i V. Lad f : V! V være den identiske afbildning, dvs. f (v) = v for alle v V. Afbildningsmatricen for f mht. de givne baser er da cf a = [K c ( f (a )) K c ( f (a ))... K c ( f (a n ))] = [K c (a ) K c (a )... K c (a n )] = c M a c M a er koordinatskiftematricen i følgende forstand: Da K c ( f (v)) = c F a K a (v) for alle v V fås her, at K c (v) = c M a K a (v). c M a er også omtalt i forelæsningsnoterne for uge 0. 5, 5