Матриці лінійних перетворень

Лінійне (векторне) простір

Нехай - безліч елементів, для яких визначені операції додавання і множення на число, причому ці операції мають наступні властивості.

Для будь-яких елементів. . з безлічі

1) (комутативність складання);

2) (асоціативність додавання);

3) в безлічі існує нульовий елемент такої, що для будь-якого елемента. (Існування нульового елемента);

4) для будь-якого елемента існує елемент. такий, що (існування протилежного елементу);

Для будь-яких дійсних чисел будь-яких елементів. з безлічі;

7) Розподільчий закон;

Визначення. Безліч називається лінійним (векторних) простором, а його елементи називаються векторами.

Прикладами векторних просторів є безліч дійсних чисел, безліч векторів на площині і в просторі, матриці і т.д.

Якщо операції додавання і множення на число визначені для дійсних елементів, то лінійне (векторне) простір є речовим простором, якщо для комплексних елементів - комплексним простором.

Властивості лінійних просторів

1) У кожному лінійному просторі існує тільки один нульовий елемент.

2) Для кожного елемента існує тільки один йому протилежний елемент.

3) Для кожного елемента виконується рівність ×;

4) Для кожного і виконується рівність ×;

5) Якщо. то чи;

Визначення. Кажуть, що в лінійному просторі задано деякий лінійне перетворення А. якщо будь-якого елементу по деякому правилу ставиться у відповідність елемент.

Визначення. Перетворення А називається лінійним. якщо для будь-яких векторів і і будь-якого виконуються рівності

Визначення. Лінійне перетворення називається тотожним. якщо воно перетворює кожен елемент лінійного простору в себе.

Запишемо перетворення А для довільного елемента. А = +. Перевіримо, чи виконується правило операції додавання для цього перетворення: Очевидно, це рівність вірно тільки при тобто дане перетворення А нелінійне.

Визначення. Якщо в просторі існують вектори лінійного перетворення. то інший вектор є лінійною комбінацією векторів.

Визначення. Якщо виконується тільки при. то вектори називаються лінійно незалежними.

Визначення. Якщо в лінійному просторі є n лінійно незалежних векторів, а будь-які векторів лінійно залежні, то простір називається n-мірним. а сукупність лінійно незалежних векторів називається базисом лінійного простору.

Слідство. Будь-вектор лінійного простору може бути представлений у вигляді лінійної комбінації векторів базису.

Матриці лінійних перетворень

Нехай в - вимірному лінійному просторі з базисом. , ..., задано лінійне перетворення А. Тоді вектори. , ..., - є векторами цього простору і їх можна представити у вигляді лінійної комбінації векторів базису:

В цьому випадку матриця називається матрицею лінійного преобразованіяА. Нехай = + + ... + - довільний вектор в просторі. тоді

Ці рівності називаються лінійним перетворенням в базисі. , ...,.

У матричному вигляді

Приклад. Знайти матрицю лінійного перетворення, заданого у вигляді

На практиці дії над лінійними перетвореннями зводяться до дій над їх матрицями.

Визначення. Якщо вектор перекладається в вектор лінійним перетворенням з матрицею А. а вектор в вектор лінійним перетворенням з матрицею В. то послідовне застосування цих перетворень рівносильно лінійному перетворенню, що переводить вектор в вектор (воно називається твором складових перетворень).

Приклад. Задано лінійне перетворення А. переводить вектор в вектор і лінійне перетворення В. переводить вектор в вектор. Знайти матрицю лінійного перетворення, що переводить вектор в вектор.

Зауваження. Якщо то перетворення є виродженим.

Схожі статті