版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1章线性空间和线性变换(详解)1-1证:用E表示n阶矩阵中除第i行,第i列的元素ii为10E (ij,i1,2, n1)nij列ijj元素与第行第列元素为1外,其余元素全为0ji的矩阵.EEEn(n1)个.ii ij ii 2不难证明EE是线性无关的,且任何一个对称矩阵ii ijn+n(n1)n(n1)2 2阵组成n(n1)维线性空间.2同样可证所有n阶反对称矩阵组成的线性空间的维数为n(n1).2评注:欲证一个集合在加法与数乘两种运算下是n(n1)n(n1)个向量线性无2 2关,并且集合中任何一个向量都可以用这n(n1)个向量2线性表示即可.1-2解:令x1 1
x2
x3
x4 4解出xxxx即可.1 2 3 4解:方法一设AxE1 1
xE2
xE3
xE4 4即1 2x
1x1 1
1 00 3 120 30 0 40 0 故1 2 xxx
xxx 1 2 3 4 1 2 31210 3 xx x121于是解之得
xx1
xx3 xx1
1,xxx21 2 30,x31x3,x1 2
3,x3
2,x4
1即A
E,E1
,E,E3
下的坐标为
(3,3,2,1)T.22方法二22
是一个四维空间,并且可将矩阵看做 A 且可将矩阵看做 E,E1
,E,E3
可看做(1,1,1,),(1,1,1,0T,(1,1,0,0)T,(1,0,0,0)T1111111110001102010011
331 0 0 0 0 0 1 0 2 0 0 0 3 0 0 0 1 A在EE1 2
,E,E3
下的坐标为(3,3,2,.解:证:设kk
kk 01 1 2 即
3 3 4 4kk1
1
0 120 30 41kkk
kk
k 1 2 3 kkk
1 kk
3 0k1 3 4于是
1 2 4kk1 2
kk3
0,kkk 01 2 3kkk1 3 4
0,kkk 01 2 4解之得kk1 2故αααα1 2 3 4设
k k 03 4a bxx1 x1x0 c d 12 xxxx xxx1 2 3 4 1 2 3xxx1 3 4于是
xxx1 2 4xx1 2
xx3
0,xxx01 2 3解之得
xxx1 3
0,xxx 01 2 4xbcd2a,x1
acxad,x3 4
abx,x,x,x
即为所求坐标.1 2 3 4方法一(用线性空间理论计算)
10p(x)12x3
1,x,x2,x302y1y1,x1,(x12,(x13yy又由于
1,x1,(x12,(x13
3y431 1 1 1301,x,x2,x3
1 2 0 0 1 310 0 0 1于是p(x)在基1,x1,(x1)2,(x1)3下的坐标为y 1
1 1 111 31 y20
1 2
06y 0 0 1 3 0 6 3 4
0 0 1 2 0 0 1 2 p(x)12x3x1展开可得p(x)12x3p(1)1)
p(1) p(1)(x1)2 (x2! 3!36(x1)6(x1)22(x1)3因此p(x)在基1,x1,(x1)2,(x1)3下的坐标为.评注:按照向量坐标定义计算,第二种方法比第一种方法更简单一些.解:①设
β,β1
,β,β3
α,α1
,α,α3 4将α,α1 2
,α,α3
与β,β1
,β,β3
代入上式得故过渡矩阵
20205610011336110011
P1 2 1 0 1 1 0 10 1 3 0 0 11 0
0 11
0 5 61 1
0 0
3 3 6P000
1 1 0 0 1 1
1 2 10 1 321 23 1
1 22 5 499 1 52 2 3 11 2 82 2 ②设1 y 1ξ0(β,β,β,β
)y21 1 2
4 y 340 y4将ββββ1 2 3 4
7 9y 2
0 5 611 81
y21
3 3 6 0 27y 1
2 1 1
1 3
4y 14
0 1 3 0 3 2 27评注:只需将α,βi iP.
代入过渡矩阵的定义,β1 2
,β,β3
α,α1
,α,α3
P计算出解:因为
,1
},2 1
},α2 1
,β,β}1 2α1 2
,β,1
3,且ααβ2 1 2
是向量α,α1 2
,β,β1
的一个极大线性3,基为ααβ.1 2 1设ξ1
} 2
,β},于是由交空间定义可知21 1 2 12 1 1 1kk
011 21
30 430 1 1 7解之得
kl,k1 2 2于是
4l,l2
(l2
为任意数)ξkαkα l[5,2,3,(很显然ξll )11 2 2 2 1 1 2 21,基为[5,2,3,.方法二不难知
,α},α},,β},β}1 2 1 2 1 2 1 213其中α2
[2,2,0,1]T,β2
,2,1,0]T.又span{α3
α}也是线性方程组2xx2x1 3 4x2xx1
2 3 4β}是线性方程组2x 13x2xx1 3 3 4x2
2xx3 4的解空间,所以所求的交空间就是线性方程组x x2x1 3 4x 2xx2 3 4 13x
x2x31 3 4x2
2xx3 4[5,2,3,
,所以交空间的维数为1,基为[5,2,3,4]T.,αn:本题有几个知识点是很重要的.,αn1 2
基底就是α,α, ,α1 2
的极大线性无关组.维
数等于秩,α1 2
,α}.(2)span{α,n 1
}2
,β},α2 1
,β,β1
(3)方法α1 2
span{β1
,β}就是求向量ξ,既可由α,α2 1
线性表ββ(4)方法二是借用“两个齐次线性方程1 2解:
x2x
xx0(1):解出方程1
2 3 4
的基础解系,即是V
的基,5x10x6x4x0 11 2 3 4解出方程组(Ⅱ)xx1 2
x2x3
0的基础解系,即是V2
的基; x2xxx0:解出方程组5x
1 10x
36x
44x
0的基础解系,即为VV
的基; 1 2 3 4 1 2 xxx2x01 2 3 4:设
,
,
, ,则
, ,
,, ,
的极大无关组即1是VV1
1 k 2的基.
1 l 1
1 l解:.解:.证:设
lξlA(ξ)lA
l Ak12(l Ak1
k(ξ)0 ①0 1 2用A k从左侧①式两端,由
k(ξ)0可得lAk1(ξ)00因为Ak(ξ)0,所以l 0,代①可得l Al Ak1lA(ξ)l
2(ξ)
k(ξ)0 ②1 2用A k2从左侧乘②式两端,由
k(ξ)0可得l 0,继续下去,可得0lk 0,于是ξ,lk2
2(ξ), ,Ak(ξ.1-11n个向量ξ0,A
(ξ),A2(ξ),
,An1(ξ线性无关,它是V的一个基.又由A[ξ,A(ξ),A2(ξ),,An1(ξ)](ξ),A2(ξ),,An1(ξ)](ξ),A2(ξ),,An1(ξ),0][ξ,A(ξ),A2(ξ),
,An1(ξ)]010001000001000100000000000100nn
,An1(ξ下矩阵表示为n阶矩阵01000100000000000100评注维线性空间V中任何一组nV的一个基,因此ξ,A,, ,,, ,,rs1,A,A,m,, ,1rs1
(ξ),A2(ξ), ,An1(ξ是V设,1
,是,r 1
,,r
,的极大无关组,s则可以证明1
, ,r
是,1
,, ,的极大无关组.r s(1)由题意知A[α,α1 2
,α][α,α3 1
,α3[β,β1 2
,β][α,α3 1
1 1 ,α]0 1 30 0 设A在基βββ下的矩阵表示是B,则1 2 31 1 111 2 31 1 BP1AP0 1 0 0 2 43 42 3
1 0 30 1 2 1 50 468(2)由于A0,故AX0只有零解,所以AA 的值域是线性空间R3.
的核是零空间.由维数定理可知解:已知A1
,,2
1
,,A2 3求得式1
,,2
1
,,2
P中的过渡矩阵P,则BP1AP即为所求;1.5.1.(见<>.)解:A1.证:
,,2
R(A)1
,,2
N(AAx0由矩阵的乘法定义知AB与BA的主对角线上元素相等,故知AB与BA的迹相等;再由1-18题可证.证:对k用数学归纳法证。1-19,则2,即=2,即=1或-1。1-20,则A22,即=2,即=1或0。1-21其中0,则
1。证:设BP1AP,则E-B解:仿线性代数教材例题。
E-P1AP=P1EAPEA。证:若1 0 0 1 0 0 0 00 k 0 1
k0 0
k1 1
00 0 k k即
01 2k k3 4所以 kk1 2
kk 03 4因此满足
kE k
k
kE 01 11
2
3
4 22k,k1 2
,k,k3
只能全为零,于是E ,E 11 12
,E21
线性无关.
αα α =01 2 3所以α1,α2,α3线性相关.Rxn
中的元素
,xn11,x,,xn1是线性无关的.设k0
1k1
xk2
x2
n1
xn10由于Rxn
中x是变量,所以欲使上式对于任何x都成立的充分必要条件是k k0 1
k 0n1于是1,x,x2,
,xn1线性无关.对于Rxn
中任何一个向量(多项式)f(x)aaxa
x2
a xn1Rx0 1 2
n1 n均可由1,x,x2,是n维的.
xn1x2,
xn1是Rxn
的基,于是Rxn不难验证:1,xaxa)2
,(xa)n1也是Rxn
的一组基.因为f(n1)f(n1)(a)(n1)!f(x)f(a)f(a)(xa) (xa)22!故f(x)在这组基下的坐标为
(xa)n1f(a),f(a),
f(a),f(,f(n1)(a)(n1)!2!的核空间就是Ax作初等行变换后得
0的解空间,所以Ax
0的基础解系就是核空间的基.对A1 0 1 2 A1 2
1 1 0 03 05 0
2 132 2000 2 2
1 2 0 0
0因此Ax
0的解为x2xx 1 3 4x 3x2x2 2 3 4其中x,x3 4
为自由变量.不难知Ax
0的基础解系可以取为α(4,3,2,0)T α(4,3,2,0)T1 或 1α (1,2,0,1)T2
α(6,7,2,2)T2它们都可以作为A1-28解:设α(1,2,1,1)T
在所给基α,α,α,α1 2 3
下的坐标为k,k1 2
kk,故3 4αkα11即
kα2
kα3
+kα4 4(1,2,1,1)Tk1
(1,1,1,1Tk2
(1,1,1,1)Tk3
(1,1,1,1)Tk4
(1,1,1,1)T于是有
(kk1 2
kk,kk3 4 1
kk,kk3 4 1
kk,kk3 4 1
kk)3 4kkkk 1k1k2k3k421 2 3 41k1k
kkk 12 3 4kkk 1解之得
1 2 3 4k5,k1 4
1,k4
1,k4
14
5 1 1 1所以α在所给基α,α,α,α1 2 3 4
下的坐标为( , , , )T.4 4 4 4解:设
2k
1
1
00 120 30 41 kkk
kkk1k 2 3 4
1 2 3于是有
kk1 2
kkk1 3 4kkkk 11 2 3 4kkk 21 2 312kk12k
k 14k 0解之得
1k1,k1
3 1,k3
0,k4
1所以A在已给基下的坐标为(1,1,0,1)T.解:因为xa(a)11x(xa)2(a)212ax1x2(xa)3(a)313a2x3ax2x3(xa)n1(a)n11(n1)(a)n2x
(n1)(n2
(a)n3x2xn1故由1,x,x2, ,xn1到1,xa,(xa)2, ,(xa)n1xn11 a (a)2 (a)3
(a)n1 0 1 2(a) 3(a)2
(n1)(a)n2 (n(n1)(n2)20 0
1 3(a)0 0
(a)n311解:将矩阵α,α,α1 2 3
β,β,β,β作初等行变换得1 2 3 4,α,α,α1 2 3
β,β,β,β1 2 3 41 1 1 1 2 0 2 1
0 0 0 1 0 0 12 1 2 1 1 1 1 3 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 2 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 2 2 2 0 0 0 1 0 0 1 上式表明由基α1,α2,α3,α4到基β1,β2,β3,β4的关系为(为什么?)(β,β1 2
,β,β3
)(α,α,α1 2
1 110010100101101,α) 4 0 100 00 所以由α,α,α,α到β,β,β,β的过渡矩阵为1 2 3 4 1 2 3 41 0 0 11 1 0 110 1 1 10 0 1 00设ξ=(x,x
,x,
)T在β,β
,β,
y
yy,即1 2 3
1 2 3
1 2 3 4x y21 12ξ(ε,ε
,ε,ε
x (β,β,
,β)
y21 2 3
4x 1 2 3 4y3 344x y44其中ε1
(1,0,0,0)T,ε2
(0,1,0,0)T,ε3
(0,0,1,0)T,ε4
(0,0,0,1)T则x
0 2 1y1 12ξ(ε,ε,ε,ε2
x (β,β,β,
)
1 1 3y21 2 3
4x 1 2
4
2 1 1y3 344x 1 2 2 2y44于是y
0 2 11x 1 1y21
1 1 3 x2y 0 2 1 1 x2 3 344y 1 2 2 2 x44 4 6
8 11
4x
6x
8x11x 13 13 13 13 13
13 2 13 3 13 42 3 9
x 2x3x9x2x3x9x113 113 13 313
1 x 13 13 13 13x2 4327131313 327131313
3 2 7 8 3
x x x x13x 13 1 13 2 13 3 13 4 1 8 2 6 4 1 8 2 6
x
x x 13 13 13 13
13 1 13
13 3 13 4(1)由定理知VV1 2
span{α,α1 2
,β,β}1 2α,α,β1 2
αα1 2
,β,β1
VV1 2
的基,dim(V1
V)3.2(2)设αV1
V,即αV2
且αV2
,于是αkα11
kα2
kβ31
kβ4 2将αα1 2
,β,β1
的坐标代入上式,解之得k0,k1 2于是
5k,k34
2k3 455 5αkαkα
k( , ,5, )T11 2 2
4 33 3所以V1
55 5 V的基为( , , 5, )T,维数为1. V2 33 3又解交空间V V的向量实质上就是求在V中向量kβkβ也能由α,α线1 2 2 11 2 2 1 2性表示的这部分向量,即确定kk使得1 2秩(ααkβkβ秩(αα)1 2 11 2 2 1 2此即2 1 4k
1 5k5k1 1 5k1 2
13k2 5k 0 1 2k 1 2 3
1 20 2k3 1 1
2
1 2kk1 2
0 0 0 于是 1
2k2
0,k1
2k3 2代入kβkβ11 2 2
k(2ββ)2 3 1 2k255 5
55 5 ( , , 5, 33 3 所以V
V的基为( , ,5, )T,
V)1.1 2 33 3 1 2即方程组
x
3xx01 2 4 5xx2x4x 01 2 3 44x2x6x3x4x01 2 3 4 52x1
4x2
2x3
4x4
7x05(1,1,1,0,0)T,(12,0,5,2,6)T,它就是所求V1
V2
V)2.2(1)不难看出αα1 2
是线性齐次方程组(Ⅰ)x2xx3 1
2 (Ⅰ)xx4 2的解空间为V1
.而β,β1
是线性齐次方程组(Ⅱ)x2x3x2 1
4 (Ⅱ)x3x3 4的基础解系,方程组(Ⅱ)的解空间为V.2交空间V1
V公共解的空间,即方程组2x2xx3 1 2 xx 4 2 (Ⅲ)x2x2 1
3x4 x3x3 4的基础解系为(1,1,3,1)TV1
V的基,2维数为1.(2)VV1 2
span{α,α1 2
,β,β1
},α1 2
,β}1span{α,α1 2
,β}2
,β,β}1 2所以dim(V1
V3,基为ααβ.2 1 2 11-35解:A(α)ββ,A(α)2βββ于是所求矩阵为1 1 2 2 1 2 31 2 A1 0 1321-36解:D (1)0,D (x)1,D (x2)2x, ,D (xn)nxn1,于是所求矩阵为00010020000 0nn(n1)注对于线性映射D
:R[x] R[x]n1 ndD (f(x))dx
f(x)在基1,x,x2, ,xn与基1,x,x2, ,xn1下的矩阵表示为0001002000000000n(n1)(n1)
S(1)x x,S(x)x x2,dttdt10 0 2dttdt1,t1S(x2)x2dt x3,,t10 3tS(xn1)t
n1dt
xn10 n1于是所求矩阵为0 0 001 0 021210S 00
n(n1)n(1)核子空间就是求XR3满足A
(x0XR3.故xX(α,α,α)11 2 3于是
x2x3
x xA(x)A(α,
,α)
1(β,
)A11 2 3
x2x3
x1 2 2x3Xxxx应是齐次方程组1 2 3x1 1 10 1 2x203 x3的解空间,求的它的基础解系为x3,x1 2
2,x13N
xα11
xα2
xα3
3α12α α2
(5,4,4)T,dimN注N
)1.)的基不是(3,.而是2α α.为什么?N(A)的基是1 2 3(3,2,1)T.A
)(α1
),A(α2
),A(α)}3span{β,β1 ,β1
β,β2 β}2
2β}2span{β1
,β}R22(1)不难求得
A
)ααα1A(α
1 1 2)αααα2 2 1 2 3A(α)αα2αα3 3 1 2 3因此A 在α,α,α下矩阵表示为1 2 31 1 1A1 1 2k
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2024-2030年中国液体磷脂行业未来趋势及营销推广模式分析研究报告
- 2024-2030年中国消费电子行业市场深度调研及竞争格局与投资前景研究报告
- 2024-2030年中国海洋视黄醇市场供需规模与未来发展战略规划研究报告
- 2024-2030年中国海工水泥市场运行动态及前景应用规模研究研究报告
- 2024-2030年中国活性炭催化剂载体行业投资机遇及发展决策建议研究报告
- 2024-2030年中国洁面皂行业市场发展趋势与前景展望战略分析报告
- 2024-2030年中国油管行业市场发展趋势与前景展望战略分析报告
- 2024-2030年中国油桐籽行业前景动态及需求规模预测研究报告
- 2024-2030年中国沙龙家具行业市场发展趋势与前景展望战略分析报告
- 2024-2030年中国汽车钣金零件行业市场发展趋势与前景展望战略分析报告
- YE2系列(IP55)高效率三相异步电动机技术参数
- 小学英语字母教学策略及重要性浅析
- 不同方法干燥紫苏梗迷迭香酸含量HPLC法检测分析
- 单元3无人机飞行控制系统PPT课件
- 压裂返排液处理技术PPT课件
- 2022年·东海民谣音乐节工作开展情况总结报告
- 对中医外治法“膏摩”应用的再认识PPT课件
- 中职《机械基础》全套教学课件(完整版)
- 《峨日朵雪峰之侧》部编版优秀课件
- 中医师承跟师笔记
- 机动车牌证申请表
评论
0/150
提交评论