Линейные операторы

Линейным оператором (преобразованием, отображением) n-мерного векторного пространства называется правило Y = f(X), по которому каждому вектору Х ставится в соответствие единственный вектор Y, причем сохраняются линейные операции над векторами, т.е. имеют место свойства:

1) f(X + Z) = f(X) + f(Z) - свойство аддитивности оператора;

2) f(lX) = lf(X) - свойство однородности оператора.

 

Можно доказать, что каждому линейному оператору соответствует квадратная матрица в данном базисе. Справедливо и обратное: всякой матрице n-го порядка соответствует линейный оператор n-мерного пространства.

Поэтому линейное преобразование можно определить по-другому: линейным оператором n-мерного векторного пространства, заданным квадратной матрицей А, называется преобразование, которое любому вектору X, записанному в виде матрицы-столбца , ставит в соответствие вектор А(Х) = А*Х = .

Матрицу А называют матрицей оператора в данном базисе, а ранг этой матрицы - рангом оператора.

 

Например, если линейный оператор задан матрицей , то отображение Y вектора X = (4, -3, 1) будет равно

.

 

Отметим, что единичная матрица задает тождественное преобразование (тождественный оператор), поскольку, умножая ее на вектор, мы получаем тот же самый вектор.

Нулевая матрица определяется, как нулевой оператор, переводящий все векторы пространства в нулевые векторы.

Легко убедиться, что диагональная матрица, на диагонали которой стоит одно и то же число, задает оператор умножения вектора на это число.

 

Теорема. Матрицы А и А* одного и того же линейного оператора в базисах el, e2,...en и el*, e2*,...en* связаны соотношением А* = С-1АС, где С - матрица перехода от старого базиса к новому.

Доказательство. Обозначим Y отображение вектора X в базисe
el, e2,...en, а те же вектора в базисе el*, e2*,...en* обозначим Х* и Y*. Так как С - матрица перехода, можно записать:

X = СХ*

Y = CY*

Умножим слева обе части первого равенства на матрицу А:

АX = АСХ*

Так как АX = Y, получим Y = АСХ*, т.е. CY* = АСХ*. Домножив обе части последнего равенства на С-1, получим:

С-1CY* = С-1АСХ*

Y* = С-1АСХ*.

Так как Y* = А*X*, А* = С-1АС, что и требовалось доказать.

 

Например, пусть в базисе el, e2 матрица оператора А = . Найти матрицу этого оператора в базисе el* = el -2e2, e2 = 2el + e2.

Для этого построим матрицу перехода С = и обратную ей матрицу С-1. |C| = 5, , r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> . Тогда








Дата добавления: 2015-10-06; просмотров: 848;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.