1. Trang chủ
  2. » Giáo án - Bài giảng

Bài giảng Đại số tuyến tính - Chương 3: Ánh xạ tuyến tính

237 6 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Nội dung

Bài giảng Đại số tuyến tính - Chương 3: Ánh xạ tuyến tính. Chương này cung cấp cho học viên những nội dung về: khái niệm ánh xạ tuyến tính; ma trận của ánh xạ tuyến tính; toán tử tuyến tính và ma trận vuông chéo hóa được; thuật toán tìm giá trị riêng và vectơ riêng;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết!

Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Khái niệm ánh xạ tuyến tính 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Khái niệm ánh xạ tuyến tính Definition 1.1 Cho V V hai không gian vectơ K Ánh xạ f : V → V gọi ánh xạ tuyến tính f thoả mãn hai tính chất sau: (L1 ) f (x + y) = f (x) + f (y), ∀x, y ∈ V (tính bảo tồn phép cộng); (L2 ) f (λx) = λf (x), ∀x ∈ V, ∀λ ∈ K (tính bảo tồn phép nhân với vơ hướng) 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Khái niệm ánh xạ tuyến tính Definition 1.1 Cho V V hai không gian vectơ K Ánh xạ f : V → V gọi ánh xạ tuyến tính f thoả mãn hai tính chất sau: (L1 ) f (x + y) = f (x) + f (y), ∀x, y ∈ V (tính bảo tồn phép cộng); (L2 ) f (λx) = λf (x), ∀x ∈ V, ∀λ ∈ K (tính bảo tồn phép nhân với vơ hướng) 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Một ánh xạ tuyến tính từ V đến cịn gọi phép biến đổi tuyến tính hay phép biến đổi tuyến tính hay tốn tử tuyến tính V 282 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Một ánh xạ tuyến tính từ V đến cịn gọi phép biến đổi tuyến tính hay phép biến đổi tuyến tính hay tốn tử tuyến tính V Nhận xét: Cho f : V → V ánh xạ, V V hai K không gian vectơ Từ định nghĩa ánh xạ tuyến tính, dễ dàng thấy: 282 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Một ánh xạ tuyến tính từ V đến cịn gọi phép biến đổi tuyến tính hay phép biến đổi tuyến tính hay tốn tử tuyến tính V Nhận xét: Cho f : V → V ánh xạ, V V hai K không gian vectơ Từ định nghĩa ánh xạ tuyến tính, dễ dàng thấy: (1) f ánh xạ tuyến tính ⇔ f (λx + µy) = λf (x) + µf (y); ∀x, y ∈ V, λ, µ ∈ K n n ⇔f λ i xi i=1 λi (xi ); ∀x1 , x2 , , xn ∈ V, λ1 , λ2 , , λn ∈ = i=1 K 282 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Một ánh xạ tuyến tính từ V đến cịn gọi phép biến đổi tuyến tính hay phép biến đổi tuyến tính hay tốn tử tuyến tính V Nhận xét: Cho f : V → V ánh xạ, V V hai K không gian vectơ Từ định nghĩa ánh xạ tuyến tính, dễ dàng thấy: (1) f ánh xạ tuyến tính ⇔ f (λx + µy) = λf (x) + µf (y); ∀x, y ∈ V, λ, µ ∈ K n n ⇔f λ i xi i=1 λi (xi ); ∀x1 , x2 , , xn ∈ V, λ1 , λ2 , , λn ∈ = i=1 K (2) Nếu f ánh xạ tuyến tính thì: f (0V ) = 0V , f (−x) = −f (x); ∀x ∈ V 282 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân sau đây: 282 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Vậy A khơng chéo hố       Example 7.2 Cho ma trận A = 0 3 Ma trận A chéo hố   0 khơng? Nếu được, tìm ma trận C làm chéo hố A? Giải: ∗ Lập đa thức đặc trưng A: PA (λ) = det(A−λI3 ) = 1−λ 2−λ 0 3λ = (1−λ)(2−λ)(3−λ) Suy A có giá trị riêng phân biệt λ = 1, λ = 2, λ = Do A chéo hố 341 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Vậy A không chéo hoá       Example 7.2 Cho ma trận A = 0 3 Ma trận A chéo hoá   0 khơng? Nếu được, tìm ma trận C làm chéo hoá A? Giải: ∗ Lập đa thức đặc trưng A: PA (λ) = det(A−λI3 ) = 1−λ 2−λ 0 3λ = (1−λ)(2−λ)(3−λ) Suy A có giá trị riêng phân biệt λ = 1, λ = 2, λ = Do A chéo hố 341 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Với λ = 1, giải hệ phương trình riêng    2x + 3x3 = 0,   x2 + 3x3 = 0,     2x3 = 0, ta tìm sở khơng gian riêng E(1) β1 = {u1 (1, 0, 0)} 342 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Với λ = 1, giải hệ phương trình riêng    2x + 3x3 = 0,   x2 + 3x3 = 0,     2x3 = 0, ta tìm sở không gian riêng E(1) β1 = {u1 (1, 0, 0)} ∗ Hoàn toàn tương tự, λ = λ = ta có sở khơng gian riêng tương ứng β2 = {u2 = (2, 1, 0)} β3 = {u3 = (9, 6, 2)} 342 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Với λ = 1, giải hệ phương trình riêng    2x + 3x3 = 0,   x2 + 3x3 = 0,     2x3 = 0, ta tìm sở không gian riêng E(1) β1 = {u1 (1, 0, 0)} ∗ Hoàn toàn tương tự, λ = λ = ta có sở khơng gian riêng tương ứng β2 = {u2 = (2, 1, 0)} β3 = {u3 = (9, 6, 2)} 342 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Lập ma trận C mà cột vectơ u1 , u2 , u3 :       C = 0    0 C ma trận làm chéo hố A Dạng chéo A là:   0     C −1 AC = 0 0   0 343 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Lập ma trận C mà cột vectơ u1 , u2 , u3 :       C = 0    0 C ma trận làm chéo hố A Dạng chéo A là:   0     C −1 AC = 0 0   0 Example 7.3 Cho toán tử tuyến tính f : R3 → R3 xác định f (x1 , x2 , x3 ) = (3x1 − 2x2 , −2x1 + 3x2 , 5x3 ) 343 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Tốn tử tuyến tính f chéo hố khơng? Nếu chéo hố được, tìm sở R3 mà sở f có dạng chéo 344 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Tốn tử tuyến tính f chéo hố khơng? Nếu chéo hố được, tìm sở R3 mà sở f có dạng chéo Giải: Ma trận tốn tử tuyến tính f sở tắc ζ(3) là:   −2     A = −2 0   0 344 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Tốn tử tuyến tính f chéo hố khơng? Nếu chéo hố được, tìm sở R3 mà sở f có dạng chéo Giải: Ma trận tốn tử tuyến tính f là:  −2   A = −2  0 sở tắc ζ(3)    0  ∗ Đa thức đặc trưng f P (λ) = 3−λ −2 −2 3−λ 0 5−λ = (1 − λ)(λ − 5)2 Từ ta suy f có hai giá trị riêng λ = (đơn) λ = (kép) 344 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Toán tử tuyến tính f chéo hố khơng? Nếu chéo hố được, tìm sở R3 mà sở f có dạng chéo Giải: Ma trận tốn tử tuyến tính f là:  −2   A = −2  0 sở tắc ζ(3)    0  ∗ Đa thức đặc trưng f P (λ) = 3−λ −2 −2 3−λ 0 5−λ = (1 − λ)(λ − 5)2 Từ ta suy f có hai giá trị riêng λ = (đơn) λ = (kép) 344 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Với λ = 1, sở không gian riêng E(1) β1 = {u1 = (1, 1, 0)}, dimE(1) = ∗ Với λ = 5, sở không gian riêng E(5) β2 = {u2 = (−1, 1, 0), u3 = (0, 0, 1)}, dimE(5) = Vậy f chéo hoá Khi β = {u1 , (1, 1, 0), u2 = (−1, 1, 0), u3 = (0, 0, 1)} sở R3 mà ma trận f β ma trận chéo   0     B = 0    0 345 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân ∗ Với λ = 1, sở không gian riêng E(1) β1 = {u1 = (1, 1, 0)}, dimE(1) = ∗ Với λ = 5, sở không gian riêng E(5) β2 = {u2 = (−1, 1, 0), u3 = (0, 0, 1)}, dimE(5) = Vậy f chéo hoá Khi β = {u1 , (1, 1, 0), u2 = (−1, 1, 0), u3 = (0, 0, 1)} sở R3 mà ma trận f β ma trận chéo   0     B = 0    0 345 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân   −1     Chú ý rằng, ma trận C = 1 0 ma trận làm chéo hóa   0 ma trận A, đồng thời ma trận đổi sở từ sở tắc R3 sang sở β nói 346 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân   −1     Chú ý rằng, ma trận C = 1 0 ma trận làm chéo hóa   0 ma trận A, đồng thời ma trận đổi sở từ sở tắc R3 sang sở β nói 346 ... TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Khái niệm ánh xạ tuyến tính 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Khái niệm ánh xạ tuyến tính Definition.. .Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH §1 : ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH 281 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Chương III ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH... 283 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Do gf ánh xạ tuyến tính 284 Đại Số Tuyến Tính - ThS Đặng Văn Cường - ĐH Duy Tân Do gf ánh xạ tuyến tính Property 1.2 Qua ánh xạ tuyến tính,

Ngày đăng: 29/10/2022, 04:17