Álgebra lineal Ejemplos

$S ([\begin{array}{c} a \\ b \\ c \end{array}]) = [\begin{array}{c} a + 3 b - 6 c \\ 2 a + b + c \\ a + 5 b + c \end{array}]$

Paso 1

La transformación define un mapa de $ℝ^{3}$ a $ℝ^{3}$ . Para probar que la transformación es lineal, esta debe conservar la multiplicación escalar, la suma y el vector cero.

S: $ℝ^{3} \to ℝ^{3}$

Paso 2

Primero pruebe que la transformación conserva esta propiedad.

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

Paso 3

Establece dos matrices para comprobar que $S$ conserva la propiedad de la suma.

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

Paso 4

Suma las dos matrices.

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

Paso 5

Aplica la transformación al vector.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + y_{1} + 3 (x_{2} + y_{2}) - 6 (x_{3} + y_{3}) \\ 2 (x_{1} + y_{1}) + x_{2} + y_{2} + x_{3} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + 5 (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3} \end{array}]$

Paso 6

Simplifica cada elemento de la matriz.

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Paso 6.1

Reorganiza $x_{1} + y_{1} + 3 (x_{2} + y_{2}) - 6 (x_{3} + y_{3})$ .

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + 3 x_{2} - 6 x_{3} + y_{1} + 3 y_{2} - 6 y_{3} \\ 2 (x_{1} + y_{1}) + x_{2} + y_{2} + x_{3} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + 5 (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3} \end{array}]$

Paso 6.2

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

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + 3 x_{2} - 6 x_{3} + y_{1} + 3 y_{2} - 6 y_{3} \\ 2 x_{1} + x_{2} + x_{3} + 2 y_{1} + y_{2} + y_{3} \\ x_{1} + y_{1} + 5 (x_{2} + y_{2}) + x_{3} + y_{3} \end{array}]$

Paso 6.3

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

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + 3 x_{2} - 6 x_{3} + y_{1} + 3 y_{2} - 6 y_{3} \\ 2 x_{1} + x_{2} + x_{3} + 2 y_{1} + y_{2} + y_{3} \\ x_{1} + 5 x_{2} + x_{3} + y_{1} + 5 y_{2} + y_{3} \end{array}]$

Paso 7

Divide el resultado en dos matrices mediante la agrupación de las variables.

$S (x + y) = [\begin{array}{c} x_{1} + 3 x_{2} - 6 x_{3} \\ 2 x_{1} + x_{2} + x_{3} \\ x_{1} + 5 x_{2} + x_{3} \end{array}] + [\begin{array}{c} y_{1} + 3 y_{2} - 6 y_{3} \\ 2 y_{1} + y_{2} + y_{3} \\ y_{1} + 5 y_{2} + y_{3} \end{array}]$

Paso 8

La propiedad de la suma de la transformación se mantiene verdadera.

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

Paso 9

Para que una transformación sea lineal, debe mantener la multiplicación escalar.

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

Paso 10

Factoriza la $p$ de cada elemento.

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Paso 10.1

Multiplica $p$ por cada elemento en la matriz.

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

Paso 10.2

Aplica la transformación al vector.

$S (p x) = [\begin{array}{c} (p a) + 3 (p b) - 6 (p c) \\ 2 (p a + p b + p c) \\ (p a) + 5 (p b) + p c \end{array}]$

Paso 10.3

Simplifica cada elemento de la matriz.

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Paso 10.3.1

Reorganiza $(p a) + 3 (p b) - 6 (p c)$ .

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p + 3 b p - 6 c p \\ 2 (p a + p b + p c) \\ (p a) + 5 (p b) + p c \end{array}]$

Paso 10.3.2

Reorganiza $2 (p a + p b + p c)$ .

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p + 3 b p - 6 c p \\ 2 a p + 2 b p + 2 c p \\ (p a) + 5 (p b) + p c \end{array}]$

Paso 10.3.3

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

$S (p x) = [\begin{array}{c} a p + 3 b p - 6 c p \\ 2 a p + 2 b p + 2 c p \\ a p + 5 b p + c p \end{array}]$

Paso 10.4

Factoriza cada elemento de la matriz.

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Paso 10.4.1

Factoriza el elemento $0, 0$ mediante la multiplicación de $a p + 3 b p - 6 c p$ .

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a + 3 b - 6 c) \\ 2 a p + 2 b p + 2 c p \\ a p + 5 b p + c p \end{array}]$

Paso 10.4.2

Factoriza el elemento $1, 0$ mediante la multiplicación de $2 a p + 2 b p + 2 c p$ .

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a + 3 b - 6 c) \\ p (2 a + 2 b + 2 c) \\ a p + 5 b p + c p \end{array}]$

Paso 10.4.3

Factoriza el elemento $2, 0$ mediante la multiplicación de $a p + 5 b p + c p$ .

$S (p x) = [\begin{array}{c} p (a + 3 b - 6 c) \\ p (2 a + 2 b + 2 c) \\ p (a + 5 b + c) \end{array}]$

Paso 11

La segunda propiedad de las transformaciones lineales se conserva en esta transformación.

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

Paso 12

Para que la transformación sea lineal, se debe conservar el vector cero.

$S (0) = 0$

Paso 13

Aplica la transformación al vector.

$S (0) = [\begin{array}{c} (0) + 3 (0) - 6 \cdot 0 \\ 2 (0) + 0 + 0 \\ (0) + 5 (0) + 0 \end{array}]$

Paso 14

Simplifica cada elemento de la matriz.

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Paso 14.1

Reorganiza $(0) + 3 (0) - 6 \cdot 0$ .

$S (0) = [\begin{array}{c} 0 \\ 2 (0) + 0 + 0 \\ (0) + 5 (0) + 0 \end{array}]$

Paso 14.2

Reorganiza $2 (0) + 0 + 0$ .

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

Paso 14.3

Reorganiza $(0) + 5 (0) + 0$ .

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

Paso 15

La transformación conserva el vector cero.

$S (0) = 0$

Paso 16

Como las tres propiedades de las transformaciones lineales no se cumplen, esta no es una transformación lineal.

Transformación lineal

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