background image

Zadania z algebry dwuliniowej (zestaw 1)

P

RZESTRZENIE I PRZEKSZTAŁCENIA LINIOWE

1.

Niech b˛ed ˛

a sko´nczenie wymiarowymi podprzestrzeniami przestrzeni liniowej . Wyka˙z, ˙ze

(a) Je´sli dim = dim, to .

(b) Je´sli dimoraz {v

1

, . . . , v

k

} jest baz ˛

S, to istniej ˛

a wektory v

k+1

, . . . , v

n

∈ takie, ˙ze {v

1

, . . . , v

n

} jest baz ˛

a

przestrzeni .

(c) Je´sli {v

1

, . . . , v

k

} jest baz ˛

za´s {v

k+1

, . . . , v

n

} jest baz ˛

, to {v

1

, . . . , v

n

} jest baz ˛

wtedy i tylko wtedy, gdy

⊕ .

2.

Niech b˛ed ˛

a przestrzeniami liniowymi nad ciałem K. Niech {u

1

, . . . , u

n

} b˛edzie baz ˛

, za´s {v

1

, . . . , v

n

}

dowolnym układem wektorów przestrzeni . Wyka˙z, ˙ze:

(a) Istnieje dokładnie jedno przekształcenie liniowe → takie, ˙ze (u

i

) = v

i

dla = 1, . . . , n.

(b) Przekształcenie jest izomorfizmem wtedy i tylko wtedy, gdy {v

1

, . . . , v

n

} jest baz ˛

.

(c) 

wtedy i tylko wtedy, gdy dim= dim.

3.

Niech b˛edzie ciałem, = [a

i j

] ∈ K

n

m

oraz = [b

i

] ∈ K

n

. Oznaczmy, przez A

u

macierz, której pocz ˛

atkowych

kolumn to kolumny macierzy a ostatni ˛

a jest kolumna = [b

i

]. Rozwa˙zmy układ równa´n liniowych o n

niewiadomych.

·


X

1

..

.

X

n


b

(?)

Wyka˙z, ˙ze:

(a) Układ (?) ma rozwi ˛

azanie wtedy i tylko wtedy, gdy r(A) = r(A

u

).

(b) Je´sli oraz det 6= 0, to układ (?) ma dokładnie jedno rozwi ˛

azanie.

(c) Je´sli = 0, to zbiór rozwi ˛

aza´n układu (?) jest podprzestrzeni ˛

a przestrzeni K

n

o wymiarze równym − r(A).

4.

Niech b˛edzie n-wymiarow ˛

a przestrzeni ˛

a liniow ˛

a nad ciałem K, za´s {v

1

, . . . , v

n

} baz ˛

. Wska˙z naturalny izo-

morfizm → K

n

.

5.

Niech = R[X]

n

= { ∈ R[X] : deg ≤ n}, natomiast przekształcenie

δ

→ niech przyporz ˛

adkowuje wielo-

mianowi jego pochodn ˛

a. Pokaza´c, ˙ze

δ

jest endomorfizmem przestrzeni oraz znale´z´c macierz

δ

w bazie:

(a) (1, X

2

, . . . , X

n

),

(b) (1, − c,

(− c)

2

2!

, . . . ,

(− c)

n

n!

), gdzie jest ustalon ˛

a liczb ˛

a rzeczywist ˛

a.

6.

Macierz przekształcenia

ϕ

K

3

→ K

3

w bazie (

ε

1

,

ε

2

,

ε

3

) ma posta´c

(a)

0

0

1

,

(b)

0

0

0

,

(c)

0

0

0

0

.

Jakie własno´sci przekształcenia

ϕ

mo˙zna st ˛

ad odczyta´c ?

7.

Obliczy´c wielomian charakterystyczny endomorfizmu, który w pewnej bazie ma macierz postaci






a

n−1

a

n−2

· · ·

a

1

a

0

1

0

· · ·

0

0

0

1

· · ·

0

0

..

.

..

.

. ..

..

.

..

.

0

0

· · ·

1

0






;

(b)






0

0

· · ·

0

a

0

1

0

· · ·

0

a

1

0

1

· · ·

0

a

2

..

.

..

.

. .

.

..

.

..

.

0

0

· · ·

1

a

n−1






.

Czy ka˙zdy wielomian unormowany, z dokładno´sci ˛

a do znaku, mo˙ze by´c wielomianem charakterystycznym jakiego´s

endomorfizmu ?

8.

Niech

ϕ

: R[X]

3

→ R[X]

3

b˛edzie przekształceniem danym wzorem

ϕ

()) = ((+ 3) ())

0

. Sprawdzi´c, ˙ze

ϕ

jest

przekształceniem liniowym i obliczy´c jego warto´sci własne i wektory własne.

9.

Dana jest macierz

=

−3

0

2

−4

1

2

−4

0

3

. Znale´z´c tak ˛

a macierz odwracaln ˛

∈ M

3

(R) aby macierz C

−1

AC była

diagonalna. Obliczy´c A

2001

.

1