Vis at netop én af de to afbildninger er en lineær afbildning mellem de reelle vektorrum og . Find hvilken ved at undersøge om de opfylder de to linearitetskrav i Definition 10.0.1 fra lærebogen.
Svar
Det er afbildningen som er lineær. At ikke er lineær, vises nemmest ved et modeksempel.
Angiv billedrummet for den fundne lineære afbildning. Angiv også en basis for billedrummet samt billedrummets dimension.
Hint
Billedrummet er afbildningens værdimængden. Man skal derfor finde ud af hvilke vektorer der har mulighed for at optræde som højreside i ligningen når og kan vælges frit i .
Svar
En basis for er givet ved Billedrummet har derfor dimension i dette tilfælde.
Angiv en basis for ’s kerne samt kernens dimension.
Hint
Fordi , gælder det, at ’s kerne er det samme som ’s kerne. En basis for ’s kerne kan fås ved at følge den samme procedure som i Example 10.1.4 fra lærebogen.
Hint
Tjek først at matricen
har reduceret trappeform
Svar
Vektorerne
danner en basis for og derfor også til . Antallet af elementer i den funde basis er og derfor gælder
Angiv en basis for ’s billedrum samt billedrummets dimension.
Hint
Brug at , for at indse at ’s billedrum er det samme som ’s søjlerum.
Svar
Da kun de første to søjler af ’s reducerede trappeform indeholder pivot-elementer, medfører Theorem 9.3.3 fra lærebogen at
er en basis for ’s søjlerum. Fordi ’s søjlerum er det samme som ’s billedrum har man nu fundet den ønskede basis. Antallet af elementer i den funde basis er og derfor gælder
Bemærk at den fundne afbildningsmatrix er nøjagtigt den samme matrix som matricen fundet i Opgave 2b. Benyt resultaterne fra Opgave 2 til at angive en basis for ’s kerne og billedrum.
Hint
Ingen beregninger er nødvendige hvis man benytter resultaterne fra den forrige opgave.
Svar
Polynomierne og danner en basis for . Polynomierne og danner en basis for
Udnyt resultaterne fra Opgave 2 til at afgøre om polynomierne
tilhører billedrummet .
Svar
Polynomiet er ikke element i . Polynomiet er element i .
Opgave 4: Lineære afbildninger og differentiation#
Ligesom i Eksempel 9.3.4 fra lærebogen angives med det reelle vektorrum bestående af alle funktioner fra til som kan differentieres vilkårligt mange gange. I denne opgave betragtes underrummet af som er frembragt af funktionerne og . Det må bruges at disse fire funktioner er lineært uafhængige over og derfor danner en ordnet basis for .
Der defineres nu følgende funktion ved forskriften , hvor og hvor angiver den afledte til funktionen .
I Lemma 10.3.3 er det tale om to vektorrum og og to ordnede baser: én til hvert vektorrum. Læg mærke til at her og at den ordnede basis bruges for både og .
Vis, at og udgør en basis for og at , og udgør en basis for
Hint
Vis først at vektorerne og er linært uafhængige og at vektorerne , og er lineært uafhængige. Dette kan gøres på forskellige måder, som du kan læse mere om i Kap 7 og Kap 8. En måde er at følge den samme strategi som i Example 7.1.4 fra lærebogen. Alternativt kan man bruge Korollar 8.3.5.
Hint
Hvis vektorer i er lineært uafhængige, danner de så en basis for ? Svaret kan udledes fra Theorem 9.2.7 i lærebogen.
Lad og være to vektorrum over et legeme . Vis at kernen af en linær afbildning er et underrum af
Hint
Kernen af en lineær afbildning er defineret i Definition 10.2.1 i lærebogen. Lemma 9.3.2 i lærebogen kan med fordel bruges til at afgøre om den er et underrum af .
Lad være en matrix og en invertibel matrix. Lad være et naturlig tal. Den te potens af , notation , er defineret som matricen man får ved at gange gange med sig selv. Mere formelt defineres rekursivt som følger: