Tema 2: APLICACIONES LINEALES

Documentos relacionados
Tema 2 ESPACIOS VECTORIALES

1. APLICACIONES LINEALES

Transformaciones lineales

4 Aplicaciones Lineales

Estructuras Algebraicas

Tema 2. Grupos. 3. El conjunto de matrices de orden 2 con coeficientes enteros (o reales) con la suma es un grupo conmutativo.

Espacios vectoriales y Aplicaciones lineales

El Espacio Proyectivo

r j ϕ j (v i ) = r i, ϕ(v i ) = v = n a ij ϕ j(v) ϕ i (v) =

Es trivial generalizar la definición al caso de varios conjuntos: A B C, etc.

1 Aplicaciones lineales

Espacios vectoriales y aplicaciones lineales

Tema 8: APLICACIONES AFINES

Continuidad. 5.1 Continuidad en un punto

Grupos libres. Presentaciones.

Aplicaciones Lineales

Problemas y Ejercicios Resueltos. Tema 3: Aplicaciones Lineales.

Algebra Lineal. Gustavo Rodríguez Gómez. Verano 2011 INAOE. Gustavo Rodríguez Gómez (INAOE) Algebra Lineal Verano / 21

ALGEBRA. Escuela Politécnica Superior de Málaga

Tema 7: ESPACIOS VECTORIALES AFINES

4 APLICACIONES LINEALES. DIAGONALIZACIÓN

Terminaremos el capítulo con una breve referencia a la teoría de cardinales.

Espacios Vectoriales

Tema 3. Espacios vectoriales

MATEMÁTICAS BÁSICAS. Autoras: Margarita Ospina Pulido Jeanneth Galeano Peñaloza Edición: Rafael Ballestas Rojano

Clase 15 Espacios vectoriales Álgebra Lineal

b) Sea una relación de equivalencia en A y una operación en A. Decimos que y son compatibles si a b a c b c y c a c b para todo a, b, c A

Matrices positivas y aplicaciones. María Isabel García Planas Profesora Titular de Universidad

4.1 El espacio dual de un espacio vectorial

1. APLICACIONES LINEALES

1 Espacios y subespacios vectoriales.

Espacios vectoriales reales.

Apuntes de Álgebra. Publicación Valentín Barros Puertas

Espacios topológicos. 3.1 Espacio topológico

Tema 9: ESPACIO AFÍN EUCLÍDEO. MOVIMIENTOS RÍGIDOS

Análisis Matemático I: La integral de Riemann

4 Aplicaciones lineales

ELEMENTOS DE GEOMETRÍA. Eduardo P. Serrano

Algebra lineal y conjuntos convexos

Conjuntos relaciones y grupos

Aplicaciones abiertas y cerradas

MATEMÁTICAS I TEMA 1: Espacios Vectoriales. 1 Definición de espacio vectorial. Subespacios

Calcular la dimensión, una base y unas ecuaciones implícitas linealmente independientes del núcleo e imagen de

1 Relaciones de orden

Ángel Montesdeoca Delgado. Geometría Afín y Euclídea

NÚCLEOS DEFINIDOS POSITIVOS, REGULARIDAD, PERTURBACIONES Y APLICACIONES.

ÁLGEBRA LINEAL I Soluciones a la Práctica 6

ALN. Repaso matrices. In. Co. Facultad de Ingeniería Universidad de la República

Comisión de Pedagogía - Diego Chamorro Análisis Funcional (Nivel 2). Lección n 1: Aplicaciones Lineales EPN, verano 2012

Estructuras algebraicas

Funciones de Clase C 1

Tema 3. Aplicaciones lineales Introducción

Anexo 1: Demostraciones

Teoría de anillos. Dominios, cuerpos y cuerpos de fracciones. Característica de un cuerpo.

Acerca de la Cohomología de derham y algunas aplicaciones

Espacios vectoriales con producto interno

TEMA II TEORÍA INTUITIVA DE CONJUNTOS

Tema 4: Aplicaciones lineales

Ejemplo 1 Sea V un espacio con producto interno sobre un cuerpo K. A las transformaciones lineales T : V K las llamamos funcionales lineales.

Ejercicios Selección Unica de funciones. ExMa-MA SELECCION UNICA

1 El espacio vectorial R n.

Práctica 2 - Hay diferentes infinitos?- A. Propiedades básicas de los Conjuntos

Álgebra Lineal VII: Independencia Lineal.

Problemas y Ejercicios Resueltos. Tema 2: Espacios vectoriales.

Un grafo G = (V, E) se dice finito si V es un conjunto finito.

TEMA 8.- NORMAS DE MATRICES Y

4.1 De nici on de aplicaci on lineal,ejemplos y propiedades 4.2 N ucleo e imagen de una aplicaci on lineal

como el número real que resulta del producto matricial y se nota por:

Recordemos que utilizaremos, como es habitual, la siguiente notación para algunos conjuntos de números que son básicos.

Problemas de Espacios Vectoriales

Problema 1. (4 puntos) Sea f la aplicación lineal de R³ en R³ definida por f(1,3,4)=(2,6,8), f(1,1,1)=(2,6,8) y f(0,1,1)=(0,0,0).

Tema 2 Datos multivariantes

Anillo de polinomios con coeficientes en un cuerpo

Conjuntos, relaciones y funciones Susana Puddu

Estructuras algebraicas

Capítulo 1: Fundamentos: Lógica y Demostraciones Clase 3: Relaciones, Funciones, y Notación Asintótica

Conjunto R 3 y operaciones lineales en R 3

Apuntes de álgebra lineal. Eduardo Liz Marzán. Enero de 2015.

vectoriales N(f) e Im(f) N(f) = (5,1,0),( 3,0,1) y f(1,0,0)=(2,-1,1). Se pide:

2. Ortogonalidad. En todo el capítulo trabajaremos sobre un espacio vectorial euclídeo U.

Transformaciones lineales y matrices

Tema 2. Aplicaciones lineales y matrices.

TEST DE ÁLGEBRA. 6.- Sea el subespacio de R 3 S = { (x,,y,z) / x +y+z = 0} a) es de dimensión 1 b) es de dimensión 2 c) es R 3 d) NDLA

ALGEBRA LINEAL Y GEOMETRIA

1. Construcción de la Integral

La aplicación derivada sobre el espacio E de los polinomios en una variable, E D E, es

Algebra Lineal: Aplicaciones a la Física, Curso 2012

Esta expresión polinómica puede expresarse como una expresión matricial de la forma; a 11 a 12 a 1n x 1 x 2 q(x 1, x 2,, x n ) = (x 1, x 2,, x n )

Espacios vectoriales

Ejemplo 1.2 En el capitulo anterior se demostró que el conjunto. V = IR 2 = {(x, y) : x, y IR}

Conjuntos Infinitos. Ramón Espinoza Armenta AVC APOYO VIRTUAL PARA EL CONOCIMIENTO

elemento neutro y elemento unidad: inversa aditiva (opuesto): para todo λ K 0, existe un único µ K tal que λµ = 1;

Solución a los problemas adicionales Aplicaciones lineales (Curso )

I.E.S. Miguel de Cervantes (Granada) Departamento de Matemáticas GBG 1

Cardinalidad. Teorema 0.3 Todo conjunto infinito contiene un subconjunto infinito numerable.

Espacios normados de dimensión finita

Construcción de bases en el núcleo e imagen de una transformación lineal

1. Cambios de base en R n.

Demostraciones a Teoremas de Límites

Apéndice sobre ecuaciones diferenciales lineales

Transcripción:

Tema 2: APLICACIONES LINEALES Prof. Rafael López Camino Departamento de Geometría y Topología Universidad de Granada Material docente para el alumno Asignatura: Geometría I. Curso 2003/04 Licenciatura: Matemáticas (Plan 2000) Universidad de Granada

1 Aplicación lineal Definición 1.1 Una aplicación f : V V entre dos espacios vectoriales se dice que es lineal si satisface las dos siguientes propiedades: 1. f(u + v) =f(u)+f(v), u, v V. 2. f(λv) =λf(v), λ R,v V. Si V = V, se llama también endomorfismo. Esta definición es equivalente a que f(λu + µv) =λf(u)+µf(v), λ, µ R,u,v V. Como ejemplos de aplicaciones tenemos los siguientes: 1. La aplicación identidad 1 V : V V y la aplicación nula 0 : V V son lineales. 2. Si λ 0, la aplicación f λ : V V definida por f λ (v) =λv, se llama homotecia de razón λ. Esta aplicación es una homotecia. 3. Las aplicaciones proyecciones p i : V 1 V 2 V i, p i (v 1,v 2 )=v i son lineales. 4. Si U es un subespacio de un espacio vectorial V, la aplicación inclusión i : U V es lineal. 5. Si U es un subespacio de un espacio vectorial, la aplicación proyección π : V V/U, π(v) =v + U, es lineal. 6. Si U es un subespacio vectorial y f : V V es una aplicación lineal, entonces la restricción a U, f U : U V es lineal. 7. La composición de aplicaciones lineales es lineal. 2 Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor

8. Sea B = {e 1,...,e n } una base de un espacio vectorial V. Entonces la aplicación f : R n V definida por f(x 1,...,x n )=x 1 v 1 +...+ x n v n es lineal y biyectiva Proposición 1.1 Sea f : V V una aplicación lineal. 1. f(0) = 0. 2. f( v) = f(v). 3. Si U (resp. U )esunsubespaciodev (resp. de V ), entonces f(u) es un subespacio de V (resp. f 1 (U )). En particular, el conjunto imagen de f, Im(f), es un subespacio vectorial de V. 4. f( n i=1 λ i v i )= n i=1 λ i f(v i ). 5. <f(v 1 ),...,f(v n ) >= f(< v 1,...,v n >). Definición 1.2 Una aplicación lineal se llama monomorfismo (resp. epimorfismo, isomorfismo) si es inyectiva (resp. sobreyectiva, biyectiva). Un automorfismo es un endomorfismo biyectivo. Definición 1.3 El núcleo de una aplicación lineal f : V V es el conjunto Ker(f) =f 1 ({0}) ={v V ; f(v) =0}. Teorema 1.1 Una aplicación lineal es inyectiva si y sólo si Ker(f) ={0}. Proposición 1.2 Sea f : V V una aplicación lineal. Sea X V un conjunto finito de vectores. Si f es monomorfismo (resp. epimorfismo, isomorfismo) y X es linealmente independiente (resp. sistema de generadores, base), entonces f(x) es linealmente independiente (resp. sistema de generadores, base). Como consencuencia de este resultado, se tiene Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor 3

Corolario 1.1 Sea f : V V una aplicación lineal. Si f es inyectiva (resp. sobreyectiva, biyectiva), entonces dim(v ) dim(v ) (resp. dim(v ) dim(v ), dim(v )=dim(v )). Proposición 1.3 Sea f : V V una aplicación lineal y B una base de V. Si f(b) es linealmente independiente (resp. sistema de generadores, base), entonces f es inyectiva (resp. sobreyectiva, biyectiva). Teorema 1.2 Si f : V V es una aplicación lineal, entonces dim(v )=dim(ker(f)) + dim(im(f)). Aladimensión del núcleo se llama nulidad de f, n(f), yaladimensión de la imagen de f se llama rango de f, r(f). Demostración :Si{e 1,...,e n } es una base de V, donde {e 1,...,e k } es una base de Ker(f), entonces una base de Im(f) es{f(e k+1,...,f(e n )}. q.e.d Corolario 1.2 En una aplicación lineal f, r(f) dim(v ). Además, si U es un subespacio de V,entoncesdim(f(U)) dim(u). Corolario 1.3 Sea f : V V una aplicación lineal tal que dim(v )=dim(v ). Son equivalentes los siguientes enunciados: 1. f es inyectiva. 2. f es sobreyectiva. 3. f es biyectiva. Teorema 1.3 Sea B = {e 1,...,e n } una base de un espacio vectorial V y {v 1,...,v n } un subconjunto de vectores de un espacio V. Entonces existe una única aplicación lineal f : V V tal que f(e i )=v i, 1 i n. 4 Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor

Demostración : Basta con definir n n f( λ i e i )= λ i v i. i=1 i=1 q.e.d Como consecuencia, Corolario 1.4 Sean V y V espacios vectoriales de dimensiones n y m respectivamente. Entonces existe un monomorfismo de V a V (resp. epimorfismo, isomorfismo) si y sólo si n m (resp. n m, n = m). Se considera ahora el conjunto de todas las aplicaciones lineales de un espacio V a otro V y al que denotaremos por L(V,V ). Dotamos a este conjunto estructura de espacio vectorial del siguiente modo: si f,g L(V,V )yλ R, se define f + g : V V y λf : V V (f + g)(v) =f(v)+g(v). (λf)(v) =λf(v). Proposición 1.4 El conjunto L(V,V es un espacio vectorial con esta suma y producto por escalares. Teorema 1.4 La dimensión de L(V,V ) es dim(v )dim(v ). Demostración :SeaB = {e 1,...,e n } y B = {e 1,...,e m} bases de V y V respectivamente. Para cada 1 i n, 1 j m, se define f ij : V V como f ij (e k )=δ ik e j. Entonces el conjunto {f ij ;1 i n, 1 j m} es una base de L(V,V ). q.e.d Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor 5

2 El grupo lineal general Definición 2.1 Si f : V V es un isomorfismo, se dice que V es isomorfo a V y se denotará porv = V. 3 Espacio dual Definición 3.1 Si V es un espacio vectorial, el espacio dual de V,ysedenotará por V, es el espacio vectorial V = = L(V,R). A los elementos de V se llaman formas lineales de V. En particular, dim(v )=dim(v ). Teorema 3.1 Sea f V.Entonces 1. f =0o Ker(f) es un hiperplano de V. 2. Las formas lineales de R n son de la forma f(x 1,...,x n )=a 1 x 1 +...,a n x n, para ciertos a i R. 3. Los hiperplanos de R n son de la forma H = {(x 1,...,x n ) R n ; a 1 x 1 +...+ a n x n =0} para ciertos a i R no todos nulos. 4. Sea H un subespacio vectorial de un espacio V.EntoncesH es un hiperplano si y sólo si es el núcleodeunaformalinealnonuladev. 5. Sean f,g dos formas lineales de un espacio V. Entonces f es proporcional a g si y sólo si sus núcleos coinciden. Sea B = {e 1,...,e n } una base de V. Consideramos la base B de V determinada en la sección anterior al tomar en R la base usual, es decir, B = {ω 1,...,ω n }, donde ω i : V R está definida mediante ω i (e j )=δ ij. 6 Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor

Definición 3.2 AlabaseB se le llama la base dual de B. Teorema 3.2 Sea U un subespacio de un espacio vectorial V. Entonces U tiene dimensión k si y sólo existen n k formas lineales ω 1,...,ω n k linealmente independientes tales que U = {v V ; ω i (v) =0, 1 i n k}. Se prohibe cualquier reproducción sin permiso del autor 7