-
Thông tin
-
Hỏi đáp
Bài tập đại số tuyến tính - Giải tích 1| Trường đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
Bài tập đại số tuyến tính - Giải tích 1| Trường đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn sinh viên cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Giải tích 1(GT 1) 40 tài liệu
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 410 tài liệu
Bài tập đại số tuyến tính - Giải tích 1| Trường đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
Bài tập đại số tuyến tính - Giải tích 1| Trường đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn sinh viên cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Giải tích 1(GT 1) 40 tài liệu
Trường: Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 410 tài liệu
Thông tin:
Tác giả:
Tài liệu khác của Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
Preview text:
BÀI TẬP ĐẠI SỐ TUYẾN TÍNH
CHƯƠNG 4. ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH
Bài 1. Chứng minh ánh xạ f : R2 ---- R3 = ( u
x, y) f(u) = (2x – y, 4x – 2y, 6x – 3y) là ánh xạ tuyến tính. Giải: ∀ u v , ∈ R2 u , = (x y , ), v = (a b
, ), u + v = (x+a, y+b)
ta có: f(u) = (2x – y, 4x – 2y, 6x – 3y) f(v) = (2 – a , 4 b – 2 a , 6 b – 3 a b)
f(u + v) = ( 2(x+a) – (y+b), 4(x+a) – 2(y+b), 6(x+a) – 3(y+b) ) f(u) + ) = ( (2 f(v x – y)+(2 – a ), (4 b
x – 2y)+(4 – 2 a
b), (6x – 3y)+(6a – 3b) ) = ( 2(x+ ) – ( a y+ ), 4( b x+ ) – 2( a y+ ), 6( b x+ ) – 3 a (y+ ) ) b
f(u + v) = f(u) + f(v). ∀ α ∈ R, ∀ = ( u
x, y) ∈ R2, α =
u (αx, αy) f(α ) = u
( 2αx-αy, 4αx-2αy, 6αx-3αy )
= ( α(2x-y), α(4x-2y), α(6x-3y) ) = α(2x – y, 4x – 2y, 6x – 3y) = α f(u)
Vậy f là ánh xạ tuyến tính.
Bài 2. Ánh xạ sau có phải là ánh xạ tuyến tính không
f : R2 ---- R2 = ( u
x, y) f(u) = ( x, y2 ) Giải: ∀ u v , ∈ R2 u , = (x y , ), v = (a b
, ), u + v = (x+a, y+b) ta có: f(u) = (
x, y2 ), f(v) = ( , a b2 ) f(u) + ) = ( f(v x + , y a 2 + b2 )
f(u + v) = ( x+a, (y+b)2 ) = ( x + ,
a y2 + b2 + 2yb )
f(u + v) ≠ f(u) + f(v).
Vậy f không phải là ánh xạ tuyến tính.
( hoặc có thể chứng minh: ∀α ∈ R, ∀
u ∈ R2, f(α ) u ≠ αf(u) ).
Tương tự ánh xạ g(u) = (x + 1, y) cũng không phải là ánh xạ tuyến tính.
Bài 3. Cho ánh xạ tuyến tính f : R2 R3 và B = ( u1 = (1, 2), u2 = (3, 5) ) là một cơ
sở của R2, với f(u1) = ( 1, 1, 2 ), f(u2) = ( 4, 2, 1 )
a) Tìm f(u), với u = (4 5 , ).
b) Xác định biểu thức của ánh xạ f . Giải:
a) u = α1u1 + α2u2
(4, 5) = α1(1, 2 ) + α2(3, 5) = (α1, 2α1) + ( 3α2 + 5α2 ) = (α1 + 3α2, 2α1 + 5α2) 3 4 5 1 2 1 , u ( 5, 3) B 2 5 5 3 1 2 2
u = -5u1 + 3u2 f ( ) = u
f (-5u1 + 3u2) = -5f (u1) + 3f (u2) = -5(1, 1, 2) + 3(4, 2, 1)
f ( ) = ( 7, 1, -7 ). u
b) ∀ x ∈ R2, x = (a, b) = α1u1 + α2u2 = α1(1, 2 ) + α2(3, 5) = (α1, 2α1) + ( 3
α2 + 5α2 ) = (α1 + 3α2, 2α1 + 5α2) 3 a
5a 3b 1 2 1 , x ( 5a 3 ,
b 2a b) B 2 5 b 2a b 1 2 2
f (x) = f (α1u1 + α2u2) = α1 f (u1) + α2 f (u2) = (-5 + 3 a )(1, 1, 2) + (2 b – a )(4, 2, 1) b = ( 3 – a , - b + a , -8 b a + 5 ) b
Vậy biểu thức của ánh xạ f là:
∀ x = (a, b) ∈ R2, f (x) = ( 3 – a , - b a + b, -8 + 5 a ). b
Bài 4. Cho ánh xạ tuyến tính f : R3 R2 và các vecto u1 = (1, 1, 0), u2 = (1, 1, 1),
u3 = (1, 0, 1), với f(u1) = ( -2, -1), f(u2) = ( 1, 2), f(u3) = ( -1, 1). Hãy xác định biểu
thức của ánh xạ f và tìm f(3, 1, 5). u i i , 1,3
Giải: Gọi A là ma trận tọa độ của họ vecto
đối với cơ sở chính tắc của R3, ta có 1 1 1 1 1 0
det(A) = 0 1 1 = 1 + 1 + 0 – 0 – 0 – 1 = 1 u i i họ vecto , 1,3 U =
độc lập tuyến tính và do đó là một cơ sở của R3
∀ x ∈ R3, x = (a, b, c) = α1u1 + α2u2 + α3u3 = α1(1, 1, 0 ) + α2(1, 1, 1) + α3(1, 0, 1)
= (α1 + α2 + α3, α1 + α2, α2 + α3) a
a c 1 2 3 1 b
c a b , 1 2 2 c a b 2 3 3 x
(a c, c a b, a b ) U
f (x) = f (α1u1 + α2u2 + α3u3) = α1 f (u1) + α2 f (u2) + α3 f (u3) = ( - c)(-2, -1) + (c - a + a )(1, 2) + ( b a - b)(-1, 1) = ( -4 + 2 a + 3c, -2 b + a + 3c ) b
Vậy biểu thức của ánh xạ f là:
∀ x = (a, b, c) ∈ R2, f (x) = ( -4 + 2 a + 3c, -2 b a + + 3c ). b
Với x = (3, 1, 5), f (3, 1, 5) = ( -4.3 + 2.1 + 3.5, -2.3 + 1 + 3.5 ) = (5, 20).
Bài 5. Cho ánh xạ tuyến tính f : R2 ---- R3 = ( u
x, y) f(u) = (x, 2x –y, x + y)
tìm ma trận của ánh xạ f đối với cặp cơ sở chính tắc của R2 và R3. 1, 2 e 1, 3
Giải: Gọi (e) = (ei), i =
, (e ) = ( j), j =
, lần lượt là cơ sở chính tắc của R2 và R3.
f(e1) = f(1, 0) = (1, 2, 1), f(e2) = f(0, 1) = (0, -1, 1) f (e ) f (e ) 1 2 (1, 2, 1), (0, 1, 1) (e ) (e )
Ta có ma trận của ánh xạ f đối với cặp cơ sở chính tắc của R2 và R3 là 1, 0 ( e )
M ( f ) 2, 1 (e) 1, 1 2 1 A Bài 6. Cho ma trận
3 5 và ánh xạ f : M 2(R) M2(R)
X ∈ M2(R), X f(X) = AX
a) Chứng minh f là ánh xạ tuyến tính.
b) Tìm ma trận của ánh xạ f đối với cơ sở chính tắc của M2(R). Giải:
a) ∀ X, Y ∈ M2(R), f(X + Y ) = A(X + Y) = AX + AY = f(X) + f(Y)
∀ α ∈ R, ∀ X ∈ M2(R), f(αX) = A(αX) = α(AX) = αf(X)
f là ánh xạ tuyến tính. b) Kgvt M
E = E , E , E , E 1 2 3 4
2(R) có cơ sở chính tắc là: với 1 0 0 1 0 0 0 0 E , E , E , 1 2 3 E4 0 0 0 0 1 0 0 1 a a 1 2 a a ∀ X ∈ M 2(R), X = 3 4
= a1E1 + a2E2 + a3E3 + a4E4
X/E = ( a1, a2, a3, a4 ) 2 1 1 0 2 0 f (E ) 1 3 5 0 0 3 0 f(E E 1) = AE1 = . = , = (2, 0, 3, 0) 2 1 0 1 0 2 f (E ) 2 3 5 0 0 0 3 f(E E 2) = AE2 = . = , = (0, 2, 0, 3) 2 1 0 0 1 0 f (E ) 3 3 5 1 0 5 0 f(E 3) = AE3 = . = , E = (1, 0, 5, 0) 2 1 0 0 0 1 f (E ) 4 3 5 0 1 0 5 f(E E 4) = AE4 = . = , = (0, 1, 0, 5) 2 0 1 0 0 2 0 1 3 0 5 0 M 0 3 0 5 E( f ) =
Bài 7. Cho ánh xạ tuyến tính f : M 2(R)
P2[x], xác định bởi a b 2 f
(a d) (a2 )
b x (b 3c)x c d .
Tìm ma trận của ánh xạ f đối với cặp cơ sở chính tắc của M2(R) và P2[x].
E = E , E , E , E 1 2 3 4
Giải: Kgvt M2(R) có cơ sở chính tắc là: với 1 0 0 1 0 0 0 0 E , E , E , E 1 2 3 4 0 0 0 0 1 0 0 1 a a 1 2 a a ∀ X ∈ M 2(R), X = 3 4
= a1E1 + a2E2 + a3E3 + a4E4
X/E = ( a1, a2, a3, a4 ) ( )
e = e (x), e (x), e (x) i 0,2 0 1 2
Kgvt P2[x] có cơ sở chính tắc là: , với e ( i x) = xi, 2
e (x) 1 , e (x) x , e (x) x 0 1 2 ∀ f(x) ∈ P
2[x], f(x) = a0 + a1x + a2x2,
f(x)/(e) = ( a0, a1, a2 ) 1 0 f (E ) 1
f (E ) f 1 x, (1, 1, 0) 1 0 0 (e) 0 1 2 f (E ) 2
f (E ) f
2x x , (0, 2, 1) 2 (e) 0 0 0 0 2 f (E ) 3
f (E ) f x , (0, 0, 3) 3 1 0 ( ) e 0 0 f ( E ) 4
f (E ) f 1, ( 1, 0, 0) 4 0 1 (e) 1 0 0 1 ( e)
M ( f ) 1 2 0 0 E 0 1 3 0
Bài 8. Cho ánh xạ tuyến tính T : P 2[x]
P3[x], xác định bởi f x 2 ( ) x f (x) 2 ∀ f xf f(x) ∈ P 2[x], T
Tìm ma trận của ánh xạ T đối với cặp cơ sở chính tắc của P2[x] và P3[x].
Giải: Ký hiệu cơ sở chính tắc của kgvt P2[x] và P3[x] lần lượt là: ( )
e = e (x), e (x), e (x) i 0,1,2 0 1 2 , với e ( , i x) = xi,
(u) = u (x), u (x), u (x), u (x) j 0,3 0 1 2 3 , với u ( . j x) = xj,
∀ g(x) ∈ P3[x], g(x) = a0 + a1x + a2x2 + a3x3 T T e (x) e (x) T
(1) xe (x) x , (0,1,0,0) 0 0 0 (u) T e ( ) ( ) (x) 2 , x T e x T x ( 2,0,1,0) 1 2 1 (u) T T e (x) e (x) T (x ) 2
x 4x x . (0, 4,2,1) 2 2 2 3 2 (u)
Vậy ma trận của ánh xạ T đối với cặp cơ sở chính tắc của P2[x] và P3[x] là 0 2 0 1 0 4 ( u) M (T) (e) 0 1 2 0 0 1 1 0 1 0 Q 0 1 1 0 : 3 P x 2 P x Bài 9. Cho ma trận
2 0 3 1 . Xác định biểu thức của axtt
sao cho ma trận của đối với cặp cơ sở chính tắc của P3[x] và P2[x] là ma trận Q.
Giải: Để ma trận của đối với cặp cơ sở chính tắc của P3[x] và P2[x] là ma trận Q thì 1 (1) 2
0 hay (1) 1 2 ( ) x e 2
, tương tự (x) = x, (x2) = -1 + x + 3x2, (x3) = x2 ∀ f(x) = a 3 0 + a1x + a2x2 + a3x3,
[f(x)] = a0 (1) + a1 (x) + a2 (x2) + a3 (x )
[f(x)] = (a0 – a2) + (a1 + a2)x + (2a0 + 3a2 + a3)x2.
Bài 10. Cho ánh xạ tuyến tính f : R2 ---- R3 = ( u
x, y) f(u) = (2x - y, 4x – 2y, 6x - 3y)
a) Tìm Imf và dim(Imf).
b) Tìm Kerf và dim(Kerf). Giải: Imf 3 2
v (a,b,c )R / u
(x, y)R : f (u ) v 3 2
v (a,b,c)R / u
(x, y)R : (2 x y, 4 x 2 y, 6 x 3y) (a,b,c) a)
2x y a ,
a b, c 3
R / hpt 4x 2y b 6x 3 = y c (*) có nghiệm
Bằng phương pháp Gauss dễ kiểm tra hpt (*) có nghiệm khi và chỉ khi b = 2a và c = 3a f 3 Im ( , a 2 ,
a 3a) R / a R
Đặt v = (1, 2, 3) ∈ Imf , ∀ x = (a, 2a, 3a) ∈ Imf , x = (1, 2, 3) = a av
Dễ kiểm tra được { v } là một cơ sở của Imf . Vậy dim(Imf) = 1. Kerf 2 u ( , x y) R / f ( ) u 2
u (x, y )R / (2x y, 4x 2y, 6x 3y ) (0,0,0) 2
u (x, y )R / y 2x 3
u (x, 2x )R / x R b)
Dễ kiểm tra được { }, với u
= (1, 2), là một cơ sở của Ker u
f . Vậy dim(Kerf) = 1.
Bài 11. Cho phép biến đổi tuyến tính f : R3 R3, xác định bởi: ∀ = u (x, y, z) ∈ R3, f( ) = u
f(x, y, z) = (x – y, x + y, x – y + z) .
Tìm Kerf, dim(Kerf), Imf, dim(Imf). Giải: Kerf 3 u ( , x , y z) R / f ( ) u 3 u ( , x ,
y z)R / ( x y, x ,
y x y z ) ( 0, 0,0) 3 u ( , x ,
y z)R / x y z 0
dim(Kerf) = 0. Imf 3 3
v (a,b,c)R / u
(x, y, z)R : f (u) v 3 3
v (a,b,c)R / u
(x, y, z)R : (x y, x y, x y z) (a,b,c)
x y a
x y b = { (a, b, c)
∈ R3 sao cho hpt x y z c (*) có nghiệm }
Dễ kiểm tra hpt (*) là hệ Cramer, do đó hpt (*) luôn luôn có nghiệm ∀(a, b, c) ∈ R3.
Imf = R3 và dim(Imf) = 3.
Bài 12. Cho ánh xạ tuyến tính T : P 3[x] M2(R) xác định bởi:
a a a a 0 2 0 3
T ( f (x )) a a a a ∀ f(x) = a 1 2 1 3 0 + a1x + a2x2 + a3x3,
a) Xác định ImT , tìm một cơ sở của imT và dim(ImT).
b) Tìm dim(KerT) và chứng tỏ ánh xạ T không phải đơn cấu. Giải: a) a b 2 3
ImT A
M (R) / f (x) a
a x a x a x P
[x] : T(f(x)) A 2 0 1 2 3 3 c d a b
a a a a a b 2 3 0 2 0 3
M (R) / f (x) a
a x a x a x : 2 0 1 2 3 c d a a a a c d 1 2 1 3
a a a 0 2
a a b 0 3 a b
a a c M (R) 1 2 2 c d
sao cho hpt a a d 1 3 (*) có nghiệm
Bằng phương pháp Gauss dễ kiểm tra hpt (*) có nghiệm khi và chỉ khi a – b – c + d = 0 a b ImT M
(R) / a b c d 0 2 c d a b ImT M
(R) / a, b, c R 2
c a b c 1 0 0 1 0 0 A , B , C Đặt 0 1 0 1 1 1 a b
X ImT , X
aA bB cC c a b c
họ vecto { A, B, C } là một hệ sinh của ImT. Đồng thời cũng dễ kiểm chứng
hệ sinh này độc lập tuyến tính. Vậy họ vecto { A, B, C } là một cơ sở của ImT, và do
đó ta có dim(ImT) = 3.
b) Ta biết: dim(KerT) + dim(ImT) = dim(P3[x])
dim(KerT) = 4 – 3 = 1
Ánh xạ T không phải đơn cấu ( vì T đơn cấu khi và chỉ khi KerT = { 0 } ).
Bài 13. Cho ánh xạ f : M 2(R) M2(R), xác định bởi a b a b a a b X f c d ∈ M c d a b a b c d 2(R), f(X) = .
a) Chứng minh f là ánh xạ tuyến tính.
b) Tìm Kerf, dim(Kerf), Imf, dim(Imf). Giải: a) ( sinh viên tự làm ) b) a b
Kerf X
M (R) / f (X ) 2 c d a b a a b 0 0
M (R) / 2 c d a
b abc d 0 0 a b
M (R) / a b 0, d c 2 c d 0 0 M ( )
R / c R 2 c c 0 0 Với 1 1 A =
, dễ kiểm tra được { A } là một cơ sở của Kerf . Vậy dim(Kerf) = 1. u v a b
Imf U
M (R) / A
M (R) : f (A) U 2 2 r s c d u v a b a a b u v M (R) / sao cho 2 r s c d a b a b c d r s a u
a b v u v
a b r M (R) 2 r s sao cho hpt a
b c d s (*) có nghiệm
Bằng phương pháp Gauss dễ kiểm tra hpt (*) có nghiệm khi và chỉ khi r = v. u v Imf U
M (R) / r v 2 r s u v M (R) / , u , v s R 2 v s 1 0 0 1 0 0 U , U , U Im 1 2 3 f Đặt 0 0 1 0 0 1 .
Dễ kiểm tra được họ vecto { U1, U2, U3 } là một cơ sở của Imf , do đó dim(Imf ) = 3.
Bài 14. Cho ánh xạ tuyến tính f : R3 R2 có ma trận đối với cặp cơ sở
(u) = ( u1 = (1, 1, 1), u2 = (1, 0, 1), u3 = (1, 1, 0) ) và (v) = ( v1 = (1, 1), v2 = ( 2, 1) ) 2 1 3 A 0 3 4
a) Tìm ma trận của ánh xạ f đối với cặp cơ sở chính tắc của R3 và R2.
b) Xác định biểu thức của ánh xạ f . Giải: a) Gọi (e) = ( 1, 3 e 1, 2 ei), i =
, (e) = ( j ), j =
, lần lượt là cơ sở chính tắc của R3 và R2.
Gọi B là ma trận của ánh xạ f đối với cặp cơ sở chính tắc (e) và (e) của R3 và R2,
ta có B = Q-1AP, trong đó P và Q lần lượt là ma trận chuyển cơ sở từ ( ) u sang (e) và
từ (v) sang ( e). Khi đó Q-1 là ma trận chuyển cơ sở từ (e) sang (v). Từ định nghĩa
ma trận chuyển cơ sở ta có: 1 1 1 P 1 1 0 1 2 1 Q 1 0 1 và 1 1 1 1 1 1 2 2 1 3 10 5 3 1 1 0 1 1 0 3 4 3 2 1 1 0 1 B = Q-1AP =
b) Theo biểu thức tọa độ của axtt đối với cặp cơ sở chính tắc của R3 và R2 ta có: a f (x ) x 10 5 3 1
0a 5b 3c B b e e 3 2 1 3 a 2b c ∀ c x = (a, b, c) ∈ R3,
f(x) = f(a, b, c) = (10a - 5b -3c, 3a -2b + c).
Bài 15. Cho phép biến đổi tuyến tính T : P 2[x]
P2[x], xác định bởi f (x) 2
2a 2a (2a 3a )x 3 ∀ a x f(x) = a0 + a1x + a2x2 ∈ P 1 2 0 2 2 . 2[x], T
Trong P2[x] cho một cơ sở (C) = ( c1(x), c2(x), c3(x) ), với c1(x) = 1 + x, c2(x) = 1 - x, c 2 3(x) = x + x .
a) Tìm ma trận của ánh xạ T đối với cơ sở chính tắc (e) của P2[x].
b) Tìm ma trận của ánh xạ T đối với cơ sở ( C ) theo hai cách. Giải:
a) Cơ sở chính tắc của
(e) = e (x), e (x), e (x) i 0,1,2 0 1 2 P2[x] là: , với e ( . i x) = xi,
T e (x) 0 (e) T( e
0(x) ) = T(1) = 2x, = (0, 2, 0) T e ( ) x 1 ( ) T( e e 1(x) ) = T(x) = 2, = (2, 0, 0)
T e (x) 2 (e ) T( e 2
2(x) ) = T(x2) = -2 + 3x + 3x = (-2, 3, 3) 0 2 2 M 2 0 3
Vậy ma trận của ánh xạ 0 0 3
T đối với cơ sở chính tắc (e) là:
b) Cách 1: (Dùng định nghĩa)
T c (x) 1 (e) T( c
1(x) ) = T(1 + x) = 2 + 2x = 2(1 + x) = 2c1(x), = (2, 0, 0)
T c (x) 2 ( ) e T( c
2(x) ) = T(1 - x) = -2 + 2x = -2(1 –x) = -2c2(x), = (0, -2, 0) T e ( ) x 0 ( ) T( c 2 2 e
3(x) ) = T(x + x ) = 3x + 3x2 = 3(x + x ) = 3c3(x), = (0, 0, 3) 2 0 0 N 0 2 0
Vậy ma trận của ánh xạ 0 0 3
T đối với cơ sở ( C ) là: . Cách 2: (Dùng công thức)
Gọi N là ma trận của ánh xạ T đối với cơ sở ( C ), theo công thức về mối liên hệ
giữa các ma trận của một phép biến đổi tuyến tính ta có:
N = P-1M P, trong đó P là ma trận chuyển cơ sở từ (e) sang ( C ). 1 1 0 1 / 2 1 / 2 1 / 2 1 1 1 1 P 1 1 1 1
P 1 / 2 1 / 2 1 / 2 1 1 1 2 Ta có: 0 0 1 và 0 0 1 0 0 1 2 0 0 0 2 0 0 0 3 N = P-1M P = .
Bài 16. Cho phép biến đổi tuyến tính f : R3 R3 có ma trận đối với cơ sở chính tắc của R3 là 2 4 2 A 0 4 1 0 0 3
Tìm một cơ sở(nếu có) của R3 để đối với cơ sở đó ma trận của f là ma trận chéo. Giải:
Bước 1: Tìm các trị riêng của A (hoặc của f ) 2 4 2 0 4 1
(2 ) (4 )(3 ) (*) det(A - I) = 0 0 3
(*) Giải pt đặc trưng det(A - I) = 0
(2 )(4 )(3 ) 0 2,3, 4.
Vậy ma trận A có 3 trị riêng là = 2, 3, 4 đôi một phân biệt. Do đó f chéo hóa được
Bước 2: Tìm các vecto riêng của A (hoặc của f )
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 2
(2 2)x 4x 2x 0 1 2 3
(4 2) x x 0
x x 0, x R 2 3 2 3 1 (3 2)x 0 Giải hpt 3
Các vecto riêng của A (hoặc của f ) ứng với trị riêng = 2 là (α, 0, 0), với α 0 ≠
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 3
(2 3)x 4x 2x 0 1 2 3
(4 3)x x 0
x 2 , x , x , R 2 3 1 2 3 (3 3)x 0 Giải hpt 3
Các vecto riêng của A (hoặc của f ) ứng với trị riêng = 3 là (-2β, -β, β), với β ≠ 0
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 4
(2 4) x 4x 2 x 0 1 2 3
(4 4) x x 0
x 2, x
, x 0, R 2 3 1 2 3 (3 4)x 0 Giải hpt 3
Các vecto riêng của A (hoặc của f ) ứng với trị riêng = 4 là (2γ, γ, 0), với γ ≠ 0
Bước 3: Chọn một cơ sở gồm toàn các vecto riêng
- Cho α = 1, ta được một vecto riêng u
1 = (1, 0, 0) ứng trị riêng = 2
- Cho β = -1, ta được một vecto riêng u
2 = (2, 1, -1) ứng trị riêng = 3
- Cho γ = 1, ta được một vecto riêng u
3 = (2, 1, 0) ứng trị riêng = 4
Họ vecto ( ) = ( u u 3
1, u2, u3) là một cơ sở của R , và đối với cơ sở này ma trận của
f là ma trận chéo như sau 2 0 0 0 3 0 0 0 4
Bài 17. Cho phép biến đổi tuyến tính f : R3 R3 x = (x 1, x2, x3)
f(x) = (x1, x1 + 2x2, x2 + 3x3)
a) Tìm ma trận của f đối với cơ sở chính tắc của R3.
b) Tìm một cơ sở của R3 để đối với cơ sở đó ma trận của f là ma trận chéo. Giải:
a) Gọi cơ sở chính tắc của
(e) = e i i , 1, 2,3 R3 là: f (e ) 1 (e) f(e
1) = f(1, 0, 0) = (1, 1, 0) = (1, 1, 0) f (e ) 2 ( ) f(e e
2) = f(0, 1, 0) = (0, 2, 1) = (0, 2, 1) f (e ) 3 ( ) f(e e
3) = f(0, 0, 1) = (0, 0, 3) = (0, 0, 3) 1 0 0 A 1 2 0
Vậy ma trận của ánh xạ 0 1 3
f đối với cơ sở chính tắc của R3 là: .
b) Bước 1: Tìm các trị riêng của A (hoặc của f ) 1 0 0 1 2
0 (1 ) (2 )(3 ) (*) det(A - I) = 0 1 3
(*) Giải pt đặc trưng det(A - I) = 0
(1 )(2 )(3 ) 0 1 ,2,3.
Vậy ánh xạ f có 3 trị riêng là = 1, 2, 3 đôi một phân biệt. Do đó f chéo hóa được
Bước 2: Tìm các vecto riêng của f
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 1 (1 1)x 0 1
x (2 1) x 0
x 2, x 2, x , R 1 2 1 2 3
x (3 1)x 0 Giải hpt 2 3
Các vecto riêng của f ứng với trị riêng = 1 là (2α, -2α, α), với α ≠ 0
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 2 (1 2)x 0 1
x (2 2) x 0 x 0
, x , x , R 1 2 1 2 3
x (3 2)x 0 Giải hpt 2 3
Các vecto riêng của f ứng với trị riêng = 2 là (0, -β, β), với β ≠ 0
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 3 (1 3)x 0 1
x (2 3) x 0 x x 0 , x , R 1 2 1 2 3
x (3 3)x 0 Giải hpt 2 3
Các vecto riêng của f ứng với trị riêng = 3 là (0, 0, γ ), với γ ≠ 0
Bước 3: Chọn một cơ sở gồm toàn các vecto riêng
- Cho α = 1, ta được một vecto riêng u
1 = (2, -2, 1) ứng trị riêng = 1
- Cho β = 1, ta được một vecto riêng u
2 = (0, -1, 1) ứng trị riêng = 2
- Cho γ = 1, ta được một vecto riêng u
3 = (0, 0, 1) ứng trị riêng = 4
Họ vecto ( ) = ( u u 3
1, u2, u3) là một cơ sở của R , và đối với cơ sở này ma trận của
f là ma trận chéo như sau 1 0 0 0 2 0 0 0 3 1 1 3 A 0 2 0 Bài 18. Cho ma trận
0 0 2 . Tìm A10 . Giải:
Bước 1: Kiểm tra tính chéo hóa của ma trận A
(*) Tìm các trị riêng của A 1 1 3 2 0 2 0
(1 ) (2 )(2 ) (1 )(2 ) det(A - I) = 0 0 2
Giải pt đặc trưng det(A - I) = 0 2
(1 ) (2 ) 0 1 , 2(nghiệm kép)
(*) Tìm các vecto riêng của A
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 1
(1 1) x x 3x 0 1 2 3 (2 1)x 0 x x 0 , x R 2 2 3 1 (2 1)x 0 Giải hpt 3
Các vecto riêng của A ứng với trị riêng = 1 là (α, 0, 0), với α ≠ 0
Tìm các vecto riêng ứng trị riêng = 2
(1 2)x x 3x 0 1 2 3 (2 2) x 0 x 3 ,
x , x , , R 2 1 2 3 (2 2)x 0 Giải hpt 3
Các vecto riêng của A ứng với trị riêng = 2 là (β + 3γ, β, γ), với γ ≠ 0, β ≠ 0
(*) Tìm một cơ sở gồm toàn các vecto riêng
- Cho α = 1, ta được một vecto riêng u
1 = (1, 0, 0) ứng trị riêng = 1
- Cho β = 1, γ = 0, ta được một vecto riêng u
2 = (1, 1, 0) ứng trị riêng = 2
- Cho β = 0, γ = 1, ta được một vecto riêng u
3 = (3, 0, 1) ứng trị riêng = 2
Họ vecto (u) = (u1, u2, u3) độc lập tuyến tính, do đó ma trận A chéo hóa được
Bước 2: Chéo hóa của ma trận A 1 1 3 1 1 3 0 1 0 0 1 0 Đặt P = 0 0 1 P-1 = 0 0 1 1 0 0 0 2 0 Khi đó P-1AP 0 0 2 = = B Bước 3: Tính A10 Ta có: P-1AP =
B A = PBP-1
A10 = (PBP-1)10 = (PBP-1)(PBP-1) . . . . (PBP-1) 10 1 0 0 0 2 0 = PB10P-1 = P 0 0 2 .P-1 10 1 0 0 10 0 2 0 10 0 0 2
A10 = P .P-1