Занятие 8(Фдз 9) (Занятия и Фдз по АиГ)
Описание файла
Файл "Занятие 8(Фдз 9)" внутри архива находится в папке "Занятия и Фдз по АиГ". Документ из архива "Занятия и Фдз по АиГ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "линейная алгебра и аналитическая геометрия" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "алгебра и геометрия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Занятие 8(Фдз 9)"
Текст из документа "Занятие 8(Фдз 9)"
6
Занятие 8 (Фдз 9).
Линейные, билинейные и квадратичные функции в линейном пространстве.
8.1. Линейная функция в линейном пространстве и ее представление в заданном базисе.
8.2. Билинейная функция в линейном пространстве и соответствующая ей билинейная форма в заданном базисе. Векторно-матричная запись билинейной формы. Матрица билинейной формы, закон ее изменения при переходе к новому базису и инвариантность ранга этой матрицы.
8.3. Квадратичная функция в линейном пространстве. Симметричные билинейные функции и соответствующие им квадратичные функции. Квадратичные функции и соответствующие им квадратичные формы. Матрица квадратичной формы.
8.1. Пусть - -мерное линейное пространство. Линейной функцией на этом пространстве называется отображение векторов на вещественную ось , обладающее свойством линейности:
или
Если - базис пространства и - координаты вектора в базисе , то
Пример 1. На линейном векторном пространстве заданы две числовые функции . Проверить, есть ли среди них линейные функции.
Решение.
Согласно (2) функция не является линейной функцией.
Выполнены оба свойства (2). Следовательно, - линейная функция.
Пример 2. . стандартный базис пространства . На этом пространстве задана линейная функция такая, что
Решение.
8.2. Билинейной функцией на линейном пространстве называется числовая функция линейная по одновременно, т.е.
В базисе пространства билинейная функция принимает вид
где , и - координаты векторов в базисе .
Выражение называется билинейной формой координат и .
Если , то билинейная функция называется симметричной.
Билинейную форму можно записать в векторно-матричной форме
Матрица называется матрицей билинейной формы или матрицей билинейной функции в базисе .
У симметричной билинейной формы матрица симметрична . Соответствующая форма (5) называется симметричной билинейной формой.
При переходе к новому базису пространства , в котором координаты векторов соответственно равны и билинейная функция представляется билинейной формой
Матрицы и связаны между собой равенством
Здесь - матрица перехода от базиса к базису .
Пример 3. На линейном векторном пространстве заданы две числовые функции . Проверить, есть ли среди них билинейные функции.
Решение.
Пусть
1) Исследуем функцию . Сначала проверим линейность функции по первому аргументу.
Теперь проверим линейность функции по второму аргументу.
не линейна по второму аргументу.
Окончательный вывод: функция не является билинейной функцией.
2) Исследуем функцию . Сначала проверим линейность функции по первому аргументу.
линейность по первому аргументу.
Теперь проверим линейность функции по второму аргументу.
линейность по второму аргументу.
Окончательный вывод: - билинейная функция.
В дополнение приведем векторно-матричное выражение для и ее матрицу.
Следовательно,
- матрица билинейной функции в базисе .
Пример 4. Билинейная функция на двумерном линейном пространстве в базисе
представлена следующей билинейной формой,
, где - координаты векторов в базисе .
Найти выражение функции и матрицу этой функции в базисе , если .
Решение.
Найдем матрицу перехода от базиса к базису
-1-й столбец матрицы . - 2-й столбец .
По формуле (6) вычисляем матрицу билинейной функции в базисе .
В базисе билинейная функция имеет следующее выражение
Здесь , - координаты векторов в базисе .
8.3. Квадратичной функцией на - мерном линейном пространстве называется билинейная функция при совпадающих аргументах, т.е. при .
Следовательно, . В базисе пространства
В найденном выражении функции , слагаемые и представляют подобные члены: . Поэтому,
Выражение квадратичной функции в виде называется квадратичной формой.
Пример 5. Найти квадратичные формы соответствующие билинейным формам:
Решение.
Следует отметить, что две различные билинейные формы могут давать одну и ту же квадратичную форму. Например, билинейные формы
приводят к одинаковой квадратичной форме
Таким образом, между билинейными и квадратичными формами не существует взаимно однозначного соответствия. Однако, если рассматривать только симметричные билинейные формы , то между этими формами и соответствующими им квадратичными формами автоматически устанавливается взаимно однозначное соответствие.
Каждой квадратичной форме можно поставить в соответствие симметричную матрицу , в которой . Такое соответствие взаимно однозначно (биективно) отображает множество всех квадратичных форм на множество симметричных матриц. Матрицу называют матрицей квадратичной формы.
Пример 6. Найти матрицы квадратичных форм
Решение.
- матрица квадратичной формы .
- матрица квадратичной формы .
С помощью матрицы квадратичной формы эту квадратичную форму можно переписать в следующей векторно-матричной форме
Пример 7. Записать квадратичные формы
Решение.
Воспользуемся матрицами квадратичных форм и , найденными в примере 6.
При переходе к новому базису , с которым связаны координаты , квадратичная форма меняется по закону
где , - матрица квадратичной формы в новом базисе, ее получают из матрицы с помощью формулы , в которой - матрица перехода от старого базиса к новому базису ( - невырожденная матрица, ее определитель отличен от нуля).
Напомним, что старые и новые координаты связаны равенством или
Эти формулы называются невырожденным линейным преобразованием координат.
_______________________________________________________________
Домашнее задание.
1. Билинейные формы , в базисе имеет вид
Найти матрицу билинейной формы, ее матричное представление, а также матрицу и выражение в новом базисе .
2. Найти квадратичные формы, соответствующие билинейным формам
из примеров 1.1, 1.2. Записать эти квадратичные формы в матричном виде. По квадратичным формам записать соответствующие им симметричные билинейные формы.