
- •Севмашвтуз Кафедра математики
- •Методические указания
- •К выполнению контрольной работы №3
- •По “Линейной алгебре ”
- •Для заочного обучения
- •1. Методические указания к контрольной работе №3 по теме: «Линейные пространства».
- •1.2. Задание №2.
- •1.3. Задание №3.
- •1.4. Задание №4.
- •Решение: Найдем матрицу в-1(а-2i) оператора в-1(a-2е):
- •Решение: Выпишем матрицу оператора а:
- •Задание №5
- •Вариант №2.
- •Вариант №7.
- •Задание №4. Найти образ элемента относительно оператора -1( ), если операторы а и в заданы матрицами
- •Вариант №8.
- •Задание №2. Доказать, что многочлены , , образуют базис в пространстве многочленов степени . Разложить многочлен по базису .
- •Вариант №9.
- •Вариант №10.
- •Вариант №11.
- •Задание №2. Доказать, что системы элементов и образуют базисы в арифметическом пространстве . Найти матрицу перехода от к , если .
- •Задание №4. Доказать, что оператор приводящий элемент в элемент является линейным, найти его матрицу и образ элемента .
- •Вариант №12.
- •Вариант №13.
- •Задание №5. Найти ядро и образ линейного оператора а, преобразующего вектор в вектор . Вариант №14.
- •Вариант №15. Задание №1. Доказать, что множество решений данной системы образует линейное пространство. Найти его размерность и базис .
- •Вариант №16.
- •Вариант №17.
- •Задание №4. Является ли оператор , преобразующий вектор в вектор , обратимым. Найти образ элемента .
1.4. Задание №4.
Для решения задания студент обязан знать определения линейного оператора, обратного оператора и действий над линейными операторами.
Определение
№ 1.
Пусть V
и W
- линейные пространства. Оператор А,
действующий из V
в W,
называется линейным, если для любых
элементов
и
пространства V
и любого
выполняются соотношения :
А( + ) = А( ) + А( )
А(
) = А( ).
Определение № 2. Оператор I, ставящий в соответствие элементу х сам элемент х , называется тождественным, или единичным.
Определение № 3. Суммой линейных операторов А и В называется оператор А+В, определяемый равенством (А+В)х = Ах + Вх.
Определение № 4. Произведением оператора А на скаляр называется линейный оператор А, определяемый равенством ( А)х= (Ах).
Определение № 5. Произведением операторов А и В называется оператор АВ , определяемый равенством (АВ)х = А(Вх).
Определение № 6. Матрицей линейного оператора А в базисе е i
(I = 1,n) называется матрица А, составленная из столбцов коэффициентов разложения образов Ае i базисных элементов е I в том же базисе.
,
А=
Между матрицами n-го порядка и операторами, действующими в n –мерном линейном пространстве, существует взаимно-однозначное соответствие при фиксированном базисе в n –мерном линейном пространстве. Действия, совершаемые над линейными операторами, эквивалентны аналогичным действиям над их матрицами.
Определение № 7. Оператор А-1, действующий из V в V , называется обратным
для оператора А, если выполняется соотношение:
АА-1=А-1А=I
Теорема
№ 1. Для
того, чтобы линейный оператор А был
обратим, необходимо и достаточно, чтобы
его матрица была невырожденной (detА
0).
Матрица обратного оператора А-1 к оператору является обратной матрицей А-1 к матрице А линейного оператора А.
Определение № 8. Оператор А называется ортогональным, если он не изменяет скалярного произведения элементов линейного пространства, т. е. для любых х и у , принадлежащих V , выполняется (Ах,Ау) = (х,у).
Одним из свойств ортогонального оператора является ортогональность его матрицы в любом ортонормированном базисе, т. е. матрица такого оператора подчиняется условию Ат=А-1.
Пример №1. Доказать линейность оператора А , преобразующего элемент х=(х1,х2,х3) в элемент у=Ах=(х1+2х2-х3, 2х3, х2-х1) . Найти матрицу этого оператора и образ элемента х=(1,2,3).
Решение: Проверим условия линейности :
А(х1+х2)=А(х1)+А(х2)
Пусть х1=(а1,в1,с1) и х2=(а2,в2,с2) , тогда (х1+х2)=(а1+а2,в1+в2,с1+с2)
А(х1+х2)=( (а1+а2)+2(в1+в2)-(с1+с2), 2(с1+с2), (в1+в2)-(а1+а2) )=
( а1+2в1-с1+а2+2в2-с2, 2с1+2с2, в1-а1+в2-а2 )=( а1+2в1-с1, 2с1, в1-а1) + (а2+2в2-с2, 2с2, в2-а2)= Ах1+Ах2 .
, т.к.
, то
Следовательно,
оператор А является линейным.
Составим матрицу линейного оператора А в каноническом базисе е1=(1,0,0),е2=(0,1,0), е3=(0,0,1):
Ае1=(1+0-0, 0, 0-1)=(1,0,-1)
Ае2=(0+2-0, 0, 1-0)=(2,0,1)
Ае3=(0+0-1, 2, 0-0)=(-1,2,0)
А=
, тогда образ элемента х: у=Ах=
Ответ: А= , y=Ax=(2,6,1).
Пример №2. Установить, обратим ли оператор А , преобразующий базис (е1.,е2.,е3) в элементы : Ае1=е2-е3 , Ае2=е1+2е3 , Ае3=2е2+е3
Найти матрицу обратного оператора.
Решение:
Матрица оператора А имеет вид А=
det
А=-3
,
следовательно, оператор А обратим.
Найдем
матрицу обратного оператора по формуле:
А11=
А12=
А13=
А21=
А22=
А23=
А31=
А32=
А33=
АV=
, (АV)
T
=
, тогда
А-1=
.
Ответ:
А-1
.
Пример №3. Найти образ элемента х=(1,2,3) относительно оператора В-1(А-2I), если операторы А и В заданы своими матрицами в одном и том же базисе:
А
=
В=
.