Lineare Algebra Beispiele

S ⎛ ⎜ ⎝ ⎡ ⎢ ⎣ \begin{matrix} a b c \end{matrix} ⎤ ⎥ ⎦ ⎞ ⎟ ⎠ = ⎡ ⎢ ⎣ \begin{matrix} a - b - c a - b + c a + b + 5 c \end{matrix} ⎤ ⎥ ⎦

$S ([\begin{array}{c} a \\ b \\ c \end{array}]) = [\begin{array}{c} a - b - c \\ a - b + c \\ a + b + 5 c \end{array}]$

Schritt 1

Die Transformation definiert eine Abbildung von

$ℝ^{3}$ auf

$ℝ^{3}$ . Um zu beweisen, dass die Transformation linear ist, muss die Transformation skalare Multiplikation, Addition und den Nullvektor bewahren.

$ℝ^{3} \to ℝ^{3}$

Schritt 2

Beweise zunächst, dass die Transformation diese Eigenschaft erhält.

$S (x + y) = S (x) + S (y)$

Schritt 3

Stelle zwei Matrizen auf, um den Erhalt der Additionseigenschaft für

$S$ zu testen.

$S ([\begin{array}{c} x_{1} \\ x_{2} \\ x_{3} \end{array}] + [\begin{array}{c} y_{1} \\ y_{2} \\ y_{3} \end{array}])$

Schritt 4

Addiere die zwei Matrizen.

$S [\begin{array}{c} x_{1} + y_{1} \\ x_{2} + y_{2} \\ x_{3} + y_{3} \end{array}]$

Schritt 5

Wende die Transformation auf den Vektor an.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + y_{1} - (x_{2} + y_{2}) - (x_{3} + y_{3}) \\ x_{1} + y_{1} - (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + x_{2} + y_{2} + 5 (x_{3} + y_{3}) \end{array}]$

Schritt 6

Vereinfache jedes Element der Matrix.

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Schritt 6.1

Stelle

$x_{1} + y_{1} - (x_{2} + y_{2}) - (x_{3} + y_{3})$ um.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} - x_{2} - x_{3} + y_{1} - y_{2} - y_{3} \\ x_{1} + y_{1} - (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + x_{2} + y_{2} + 5 (x_{3} + y_{3}) \end{array}]$

Schritt 6.2

Stelle

$x_{1} + y_{1} - (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3}$ um.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} - x_{2} - x_{3} + y_{1} - y_{2} - y_{3} \\ x_{1} - x_{2} + x_{3} + y_{1} - y_{2} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + x_{2} + y_{2} + 5 (x_{3} + y_{3}) \end{array}]$

Schritt 6.3

Stelle

$x_{1} + y_{1} + x_{2} + y_{2} + 5 (x_{3} + y_{3})$ um.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} - x_{2} - x_{3} + y_{1} - y_{2} - y_{3} \\ x_{1} - x_{2} + x_{3} + y_{1} - y_{2} + y_{3} \\ x_{1} + x_{2} + 5 x_{3} + y_{1} + y_{2} + 5 y_{3} \end{array}]$

Schritt 7

Spalte das Ergebnis durch Gruppieren der Variablen in zwei Matrizen.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} - x_{2} - x_{3} \\ x_{1} - x_{2} + x_{3} \\ x_{1} + x_{2} + 5 x_{3} \end{array}] + [\begin{array}{c} y_{1} - y_{2} - y_{3} \\ y_{1} - y_{2} + y_{3} \\ y_{1} + y_{2} + 5 y_{3} \end{array}]$

Schritt 8

Die Additionseigenschaft der Transformation gilt.

$S (x + y) = S (x) + S (y)$

Schritt 9

Damit eine Transformation linear ist, muss die skalare Multiplikation bei der Transformation erhalten bleiben.

$S (p x) = T (p [\begin{array}{c} a \\ b \\ c \end{array}])$

Schritt 10

Faktorisiere die

$p$ aus jedem Element.

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Schritt 10.1

Multipliziere

$p$ mit jedem Element in der Matrix.

$S (p x) = S ([\begin{array}{c} p a \\ p b \\ p c \end{array}])$

Schritt 10.2

Wende die Transformation auf den Vektor an.

$S (p x) = [\begin{array}{c} (p a) - (p b) - (p c) \\ (p a) - (p b) + p c \\ p a + p b + 5 (p c) \end{array}]$

Schritt 10.3

Vereinfache jedes Element der Matrix.

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Schritt 10.3.1

Stelle

$(p a) - (p b) - (p c)$ um.

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p - 1 b p - 1 c p \\ (p a) - (p b) + p c \\ p a + p b + 5 (p c) \end{array}]$

Schritt 10.3.2

Stelle

$(p a) - (p b) + p c$ um.

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p - 1 b p - 1 c p \\ a p - 1 b p + c p \\ p a + p b + 5 (p c) \end{array}]$

Schritt 10.3.3

Stelle

$p a + p b + 5 (p c)$ um.

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p - 1 b p - 1 c p \\ a p - 1 b p + c p \\ a p + b p + 5 c p \end{array}]$

Schritt 10.4

Faktorisiere jedes Element der Matrix.

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Schritt 10.4.1

Faktorisiere Element

$0, 0$ , indem du

$a p - 1 b p - 1 c p$ multiplizierst.

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a - b - c) \\ a p - 1 b p + c p \\ a p + b p + 5 c p \end{array}]$

Schritt 10.4.2

Faktorisiere Element

$1, 0$ , indem du

$a p - 1 b p + c p$ multiplizierst.

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a - b - c) \\ p (a - b + c) \\ a p + b p + 5 c p \end{array}]$

Schritt 10.4.3

Faktorisiere Element

$2, 0$ , indem du

$a p + b p + 5 c p$ multiplizierst.

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a - b - c) \\ p (a - b + c) \\ p (a + b + 5 c) \end{array}]$

Schritt 11

Die zweite Eigenschaft einer linearen Transformation bleibt bei dieser Transformation erhalten.

$S (p [\begin{array}{c} a \\ b \\ c \end{array}]) = p S (x)$

Schritt 12

Damit die Transformation linear ist, muss der Nullvektor erhalten bleiben.

$S (0) = 0$

Schritt 13

Wende die Transformation auf den Vektor an.

$S (0) = [\begin{array}{c} (0) - (0) - (0) \\ (0) - (0) + 0 \\ 0 + 0 + 5 (0) \end{array}]$

Schritt 14

Vereinfache jedes Element der Matrix.

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Schritt 14.1

Stelle

$(0) - (0) - (0)$ um.

$S (0) = [\begin{array}{c} 0 \\ (0) - (0) + 0 \\ 0 + 0 + 5 (0) \end{array}]$

Schritt 14.2

Stelle

$(0) - (0) + 0$ um.

$S (0) = [\begin{array}{c} 0 \\ 0 \\ 0 + 0 + 5 (0) \end{array}]$

Schritt 14.3

Stelle

$0 + 0 + 5 (0)$ um.

$S (0) = [\begin{array}{c} 0 \\ 0 \\ 0 \end{array}]$

Schritt 15

Der Nullvektor bleibt bei der Transformation erhalten.

$S (0) = 0$

Schritt 16

Da alle drei Eigenschaften linearer Transformationen nicht gegeben sind, ist dies keine lineare Transformation.

Lineare Transformation

Gib DEINE Aufgabe ein