七线性变换习题课.doc

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七线性变换习题课

七、线性变换习题课 1.复习线性变换的概念 例1 将C看成R上的线性空间,变换是线性的,看成C上的线性空间则不是。 证明:R上:有== ??????????? 又 ??????????? 故A是R上线性空间C的线性变换。 ????? C上:取及,有,而? ,故A不是C上线性空间C的线性变换。 由上例,变换A是否为线性变换与所讨论的数域有关。 2.利用运算的意义,运算律推证线性变换的等式,利用线性变换与n阶方阵代数同构解决有关问题。 ???? ?????? 例2 设A,B是线性变换,如果证明: ?????????? ,(k0) 证明: 由已知,对k=1结论成立,故考虑用数学归纳法. ???? 对k用归纳法.当k=1时结论成立. K=2时,由已知 牋牋 0)=AB=(BA+E)A+A-BA2 牋牋牋牋牋牋 =BA2+A+A-BA2法. ??=2A? 结论成立. ???? 设当k时结论成立,即,也即. ???? 当k+1时, ???????????????????????? =ABAk+AkAk-1-BAk+1=(BA+E)Ak+kAk-BAk+1 ???????????????????????? =BAk+1+Ak+kAk-BAk+1=(k+1)Ak ???? 所以结论对k+1也成立,从而对一切k1成立.????????? 例3 设V是数域P上n维线性空间,证明:V的与全体线性变换交换的线性变换是数乘变换. 证明: 需要表达出线性变换,联系到某基下的矩阵. ???? 设令A,B在某基下的矩阵分别为A,B.????????????????????? ????因为,所以由得AB=BA.由的任意性,也是任意的,从而存在某个k使得A=kE为数量阵(P.204,ch.4.ex.7.3),于是为数量变换. 有了变换乘积,进一步可考虑可逆变换. 3. 系统小结可逆线性变换的的等价条件,并举例说明一些基本论证方法. ? A可逆10 存在使=E. ??????? ?A是双射. ??????? ?A在基下的矩阵A可逆—有限维 ? 例4 设是线性空间V的一组基,A是V上的线性变换,证明:可逆当且仅当线性无关. 证明:证法一: “” ,,若=0,有B()=0,即=0, =0,即线性无关. “” 线性无关, ???? 因dimV=n,故使得 ???? =A() ???? 令使=() ???? 易见,且,即 ???? 又任给设= ???? 有()== 故,从A可逆. 证法二:利用双射 “” A是双射,则0==A() ???? 得0=(0对应0) ???? 故,线性无关. “” 由dimV=n,V的任一向量可由唯一表示,即V中任一向量有唯一(要证明)原像(显然).故A是双射. 证法三:利用矩阵 A可逆A在下的矩阵A可逆 ????? 牋牋?A可逆()A也是一组基=n ????? 线性无关??????????????????????????? 例5 设,W1,W2是V的子空间,且,则可逆. 证明:由,有V,可设W1的一组基为, W2的一组基为,则为V的一组基. “” A可逆,故线性无关,1,2的秩为r,n-r, ?和分别为1和2的基,故. “” ,有dimV=dim,=(),故为AV的一组基,即线性无关,A可逆. 4.小结:线性变换矩阵的求法,进一步掌握矩阵的概念. ?? 为V的一组基, ?? () =()A, ()=()X为另一组基,有 ?? ()=() 例6 在空间P[x]n中,是线性变换,求在基 ,下的矩阵. 证明: 首先由ex.1.5)知,是线性变换,是线性变换,故是线性变换. ???? 其次,只要求出,用表示,就可得A. ?? ??=(1)=1-1=0, 牋牋 ?,=- 牋牋牋牋 ==0, 牋牋牋 牋===0, 所以, (,)=(,), 所求矩阵为. 例7 设三维线性空间V上的线性变换A在基下的矩阵为, 1).求在基()下的矩阵; 2).求在基()下的矩阵,其中k; 3).求在基()下的矩阵. 证明:1).? = 牋牋牋牋 ?? 线性= 牋牋牋 牋??? 线= = ()=() 所求矩阵为。 又可()=()=() 故所求矩阵为A 2)= () 又()=() 故所求矩阵为A=A 3). = 牋牋牋牋牋 = 牋 牋牋牋 牋牋 ? 牋 牋牋牋 牋牋? 牋 ?所求矩阵为 又()=() 故所求矩阵为 A ? 故燗 故 例8 ,在任一组基下矩阵都相同,则是数乘变换. 证明: 要证在任一组基下矩阵是数量阵. ???? 设在基下下的矩阵为A,对任一n阶非退化方阵X,()=()X为V的另一组基,在此基下的矩阵为即,由的任意性, A为数量阵. 事实上

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