transformaciones lineales

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Álgebra Lineal Transformaciones Lineales Francisco Niño Rojas

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Page 1: Transformaciones lineales

Álgebra

Lineal

Transformaciones Lineales

Francisco NiΓ±o Rojas

Page 2: Transformaciones lineales

Transformaciones Lineales

DefiniciΓ³n:

Sean 𝑉 y π‘ˆ espacios vectoriales. Una

transformaciΓ³n lineal T de 𝑉 en π‘ˆ es una

funciΓ³n que asigna a cada vector 𝑒 de 𝑉

un ΓΊnico vector 𝑇(𝑒) en π‘ˆ.

𝑉 𝑇 π‘ˆ

𝒗 𝑇(𝑒)

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 3: Transformaciones lineales

Transformaciones Lineales

Tal que:

𝑇(𝑒 + 𝑣) = 𝑇(𝑒) + 𝑇(𝑣), para todo par de

vectores 𝑒, 𝑣 en 𝑉

𝑇(𝛼𝑒) = 𝛼𝑇(𝑒), para todo 𝑒 en 𝑉 y todo

𝛼 ∈ ℝ

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 4: Transformaciones lineales

Nota

Las dos condiciones las podemos resumir

en:

𝑇(𝛼𝑒 + 𝑣) = 𝛼𝑇(𝑒) + 𝑇(𝑣)

Si π‘ˆ = 𝑉, la transformaciΓ³n lineal: 𝑇: 𝑉 β†’ 𝑉

se denomina operador lineal

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 5: Transformaciones lineales

Ejemplos:

Consideremos T: ℝ2 β†’ ℝ3 definida por

𝑇π‘₯𝑦 =

π‘₯ + 𝑦π‘₯ βˆ’ 𝑦

4𝑦

Por ejemplo, 𝑇3

βˆ’5=

3 +(βˆ’5)

3 βˆ’(βˆ’5)

4(βˆ’5)

= βˆ’28

βˆ’20

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 6: Transformaciones lineales

Estamos transformando el vector 3

βˆ’5 en el

vector βˆ’28

βˆ’20 bajo la transformaciΓ³n de 𝑇.

Decimos que el vector βˆ’28

βˆ’20

esta en la

imagen de 𝑇. ( πΌπ‘š 𝑇 ).

Page 7: Transformaciones lineales

Ejercicio:

Transforme los vectores (1, -2) y 1

2, βˆ’

3

4

teniendo en cuenta la transformaciΓ³n

anterior.

Encuentre otros 5 elementos de la πΌπ‘š 𝑇 .

Suponga que 𝑇: ℝ2 β†’ ℝ2 esta dada por

𝑇 π‘₯, 𝑦 = βˆ’π‘₯, βˆ’π‘¦

Represente geomΓ©tricamente la 𝑇. 𝐿.

Page 8: Transformaciones lineales

En general para π‘₯ = π‘₯1 , y 𝑦 = 𝑦1 se puede verificar

que 𝑇 es una 𝑇 . 𝐿. AsΓ­:

𝑇π‘₯1

𝑦1+

π‘₯2

𝑦2= 𝑇

π‘₯1 + π‘₯2

𝑦1 + 𝑦2=

π‘₯1 + π‘₯2 + 𝑦1 + 𝑦2

π‘₯1 + π‘₯2 βˆ’ 𝑦1 βˆ’ 𝑦2

4𝑦1 + 4𝑦2

ya que π‘₯1 , π‘₯2, 𝑦1, 𝑦2 son

componentes reales =

π‘₯1 + 𝑦1

π‘₯1 βˆ’ 𝑦1

4𝑦1

+

π‘₯2 + 𝑦2

π‘₯2 βˆ’ 𝑦2

4𝑦2

conmutamos y Asociamos.

Entonces tenemos :

π‘₯1 + 𝑦1

π‘₯1 βˆ’ 𝑦1

4𝑦1

= 𝑇π‘₯1

𝑦1 𝑦

π‘₯2 + 𝑦2

π‘₯2 βˆ’ 𝑦2

4𝑦2

= 𝑇π‘₯2

𝑦2

Page 9: Transformaciones lineales

Por lo tanto 𝑇π‘₯1

𝑦1+

π‘₯2

𝑦2= 𝑇

π‘₯1

𝑦1 + 𝑇

π‘₯2

𝑦2 .

Se cumple la primera propiedad.

Similarmente,

𝑇 𝛼π‘₯𝑦 = 𝑇

𝛼π‘₯𝛼𝑦 =

𝛼π‘₯ + 𝛼𝑦𝛼π‘₯ βˆ’ 𝛼𝑦

4𝛼𝑦= 𝛼

π‘₯ + 𝑦π‘₯ βˆ’ 𝑦

4𝑦= 𝛼𝑇

π‘₯𝑦

TambiΓ©n cumple la segunda propiedad y en

consecuencia 𝑇 es una transformaciΓ³n lineal.

Page 10: Transformaciones lineales

Ejemplos especiales

La transformaciΓ³n cero. Consideremos 𝑉 y π‘ˆ espacios vectoriales y 𝑇: 𝑉 β†’ π‘ˆ la transformaciΓ³n definida por 𝑇 𝑣 = 𝟎 para todo 𝑣 de 𝑉. Entonces

𝑇 𝑣1 + 𝑣2 = 𝟎 + 𝟎 = 𝑇 𝑣1 + 𝑇 𝑣2

𝑇 𝛼𝑣 = 𝟎 = π›ΌπŸŽ = 𝛼𝑇 𝑣 .

Nota: Recordemos que 𝟎 es el vector cero o elemento neutro del espacio vectorial π‘ˆ.

Page 11: Transformaciones lineales

Consulta:

Consulte sobre la transformaciΓ³n

Identidad, la transformaciΓ³n de reflexiΓ³n,

y transformaciΓ³n de proyecciΓ³n

ortogonal.

Puedes ayudarte del texto guΓ­a. (Algebra

lineal S. Grossman)

Page 12: Transformaciones lineales

Otro ejemplo especial:

Sea 𝑇: ℝ𝑛 β†’ β„π‘š representada por una

matriz de π‘š Γ— 𝑛. Entonces definimos

𝑇 x = 𝐴x

Donde 𝐴 es una matriz de π‘š Γ— 𝑛 y x es un

vector en ℝ𝑛. Es fΓ‘cil ver que 𝑇 es una 𝑇. 𝐿.

Page 13: Transformaciones lineales

Por lo tanto, toda matriz 𝐴 de π‘š Γ— 𝑛 da origen a

una transformaciΓ³n lineal de ℝ𝑛 en β„π‘š.

Ejercicio: Si 𝑇 es una transformaciΓ³n lineal de

ℝ2 β†’ ℝ3 tal que:

𝑇10

=123

𝑦 𝑇01

=βˆ’405

Halle:

𝑇24

y π‘‡βˆ’37

.

TAREA: Consulte sobre la transformaciΓ³n de

rotaciΓ³n.

Page 14: Transformaciones lineales

Ejemplo:

Sea 𝑇 una transformaciΓ³n definida

𝑇: 𝑀𝑛𝑛 β†’ 𝑀𝑛𝑛

Donde 𝑇 𝐴 = 𝐴𝐡 donde 𝐡 es una matriz fija de 𝑛 Γ— 𝑛.

Para la primera propiedad consideremos dos matrices

𝐴1 y 𝐴2 en 𝑀𝑛𝑛. Entonces

𝑇 𝐴1 + 𝐴2 = 𝐴1 + 𝐴2 𝐡𝐸𝑠𝑑𝑒 π‘π‘Ÿπ‘œπ‘‘π‘’π‘π‘‘π‘œπ‘ π‘’ 𝑝𝑒𝑒𝑑𝑒 β„Žπ‘Žπ‘π‘’π‘Ÿ

𝑃𝑒𝑒𝑠 π‘™π‘Žπ‘  π‘šπ‘Žπ‘‘π‘Ÿπ‘–π‘π‘’π‘  π‘ π‘œπ‘› 𝑑𝑒 𝑛×𝑛.

= 𝐴1𝐡 + 𝐴2𝐡 = 𝑇 𝐴1) + 𝑇𝐴2

Page 15: Transformaciones lineales

Para la segunda propiedad consideremos una

matriz 𝐴𝑛×𝑛 y 𝛼 valor real. Entonces:

𝑇 𝛼𝐴 = 𝛼𝐴 𝐡 = 𝛼 𝐴𝐡 = 𝛼𝑇 𝐴 .

Consideramos propiedades con operaciones

usuales entre matrices como el producto de

matrices y el producto de un escalar por una

matriz.

Luego 𝑇 es un 𝑇. 𝐿.

Page 16: Transformaciones lineales

Ejercicios

Determinar cuales de las siguientes

transformaciones son lineales:

1. 𝑇: 𝑀2Γ—2 β†’ ℝ, definida por 𝑇(𝐴) = det (𝐴)

2. T: ℝ3 β†’ ℝ2 definida por 𝑇(π‘₯, 𝑦, 𝑧) = (π‘₯ + 𝑦, 𝑦 + 𝑧)

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 17: Transformaciones lineales

Propiedades

Si 𝑇: π‘ˆ β†’ 𝑉 es una transformaciΓ³n lineal,

entonces:

𝑇(0𝑣) = 0𝑒

𝑇(βˆ’π‘£) = βˆ’π‘‡(𝑣)

𝑇(𝑣 βˆ’ 𝑒) = 𝑇(𝑣) βˆ’ 𝑇(𝑒)

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 18: Transformaciones lineales

Ejercicios:

Usando el mismo razonamiento hecho en

clase, resolver:

Sea 𝑇: 𝑉 β†’ ℝ3 lineal tal que:

𝑇 𝑣1 = 1, βˆ’1,2 , 𝑇 𝑣2 = 0,3,2 𝑦

𝑇(𝑣3) = (βˆ’3,1,2)

Encontrar: 𝑇(2𝑣1 βˆ’ 3𝑣2 + 4𝑣3)

Francisco NiΓ±o R. UNISALLE

Page 19: Transformaciones lineales

Gracias y Ánimo

con las tareas