Lineaire Algebra voor ST

Vergelijkbare documenten
Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra (2DD12)

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra en Vectorcalculus 2DN60 College 5.a Basis en dimensie

Lineaire Algebra Een Samenvatting

Stelsels lineaire vergelijkingen

Dimensie van een deelruimte en rang van een matrix

UITWERKINGEN d. Eliminatie van a geeft d. Eliminatie van b,

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Stelsels Vergelijkingen

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Lineaire Algebra voor W 2Y650

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1 donderdag 23 december 2004,

Tentamen Lineaire Algebra B

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Vierde huiswerkopdracht Lineaire algebra 1

ONBETWIST ONderwijs verbeteren met WISkunde Toetsen Voorbeeldtoetsen Lineaire Algebra Deliverable 3.10 Henk van der Kooij ONBETWIST Deliverable 3.

Studiewijzer Lineaire Algebra voor ST (2DS06), blok D, januari 2009

De dimensie van een deelruimte

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

De inverse van een matrix

Definities, stellingen en methoden uit David Poole s Linear Algebra A Modern Introduction - Second Edtion benodigd voor het tentamen Matrix Algebra 2

Het oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen Wiskunde 2, 2DM60 College 2b

Tentamen lineaire algebra voor BWI dinsdag 17 februari 2009, uur.

Lineaire Algebra TW1205TI. I.A.M. Goddijn, Faculteit EWI 12 februari 2014

Vector-en matrixvergelijkingen. Figuur: Vectoren, optellen

Lineaire Algebra (2DD12) Laatste nieuws in 2012

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

Matrixoperaties. Definitie. Voorbeelden. Een matrix is een rechthoekig array van getallen, die kentallen of elementen heten.

Lineaire Algebra C 2WF09

Tentamen (2DE04) van Lineaire Algebra voor E, op vrijdag 27 januari 2012, ( )

Uitwerkingen Lineaire Algebra I (wiskundigen) 22 januari, 2015

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Lineaire Algebra. Bovendriehoeks- en onderdriehoeks vorm: onder (boven) elke leidende term staan enkel nullen

Aanvullingen bij Hoofdstuk 6

Kwantitatieve Economie / Faculteit Economie en Bedrijfskunde / Universiteit van Amsterdam. Schrijf je naam en studentnummer op alles dat je inlevert.

Matrices en Stelsel Lineaire Vergelijkingen

4.0 Voorkennis [1] Stap 1: Maak bij een van de vergelijkingen een variabele vrij.

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Vectorruimten en deelruimten

Hoofdstuk 9. Vectorruimten. 9.1 Scalairen

Matrices en Grafen (wi1110ee)

Tentamen Lineaire Algebra 2

Coëfficiënten matrix = matrix waarin de rechterkolom geen oplossing van de vergelijking is. 1. Lineair systeem = Stelsel van lineaire vergelijkingen

Matrixalgebra (het rekenen met matrices)

Vragen, samenvattingen en uitwerkingen Lineaire algebra 1 - UvA

Lineaire algebra I (wiskundigen)

Lineaire Algebra C 2WF09

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1A. maandag 16 december 2002, b. Bepaal een basis voor de rijruimte en voor de kolomruimte van A.

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

Lineair voor CT College 2a. Echelon vorm 1.2 Duncan van der Heul

te vermenigvuldigen, waarbij N het aantal geslagen Nederlandse munten en B het aantal geslagen buitenlandse munten zijn. Het resultaat is de vector

Functies van vectoren

Eindtermen Lineaire Algebra voor E vor VKO (2DE01)

OPLOSSINGEN PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA donderdag 18 november 2010

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

Tentamen Lineaire Algebra

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN MEETKUNDE I

Ruimtewiskunde. college. Stelsels lineaire vergelijkingen. Vandaag UNIVERSITEIT TWENTE. Stelsels lineaire vergelijkingen.

Uitwerking Proeftentamen Lineaire Algebra 1, najaar y y = 2x. P x. L(P ) y = x. 2/3 1/3 en L wordt t.o.v de standaardbasis gegeven door

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A. De opgaven

Lineaire Algebra C 2WF09

Hints en antwoorden bij de vragen van de cursus Lineaire Algebra en Meetkunde

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN ANALYTISCHE MEETKUNDE I. 1. Theorie

UITWERKINGEN 1 2 C : 2 =

Uitwerking 1 Uitwerkingen eerste deeltentamen Lineaire Algebra (WISB121) 3 november 2009

Lineaire afbeeldingen

Samenvatting. Lineaire Algebra 1 - Collegejaar Dictaat met verwijzing naar het boek. Disclaimer

Geef niet alleen antwoorden, maar bewijs al je beweringen.

Examen Lineaire Algebra en Meetkunde Tweede zit (13:30-17:30)

Wiskundigen. Tentamen Lineaire Algebra 1. Donderdag 18 december 2008, a ( )

Hoofdstuk 1 : Vectoren (A5D)

3.2 Vectoren and matrices

Lineaire afbeeldingen

PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA dinsdag 22 november 2016

Coëfficiënten matrix = matrix waarin de rechterkolom geen oplossing van de vergelijking is. 1. Lineair systeem = Stelsel van lineaire vergelijkingen

Lineaire Algebra voor W 2Y650

11.0 Voorkennis V

Basiskennis lineaire algebra

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 2 dinsdag 3 april 2007,

Lineaire Algebra (wi2142tn) Les 5: Determinanten. Joost de Groot Les 5. Faculteit EWI, Toegepaste Wiskunde. Technische Universiteit Delft

Samenvatting Lineaire Algebra, periode 4

b + b c + c d + d a + a

Lineaire Algebra. Samenvatting. De Roover Robin

Linalg.nb 1. Werk het notebook aandachtig door en maak de (genummerde) oefeningen aan het einde van elke sectie. Succes!

Transcriptie:

Lineaire Algebra voor ST docent: Judith Keijsper TUE, HG 9.3 email: J.C.M.Keijsper@tue.nl studiewijzer: http://www.win.tue.nl/wsk/onderwijs/2ds06 Technische Universiteit Eindhoven college 8 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 / 29

Inhoud Rang van een matrix 2 Coördinaten 3 Isomorfie 4 Overgangsmatrices J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 2 / 29

Rang van een matrix Definitie De rijen van een m n matrix A spannen een deelruimte op van R n, de zogenaamde rij-ruimte van A. De kolommen van een m n matrix A spannen een deelruimte op van R m, de zogenaamde kolom-ruimte van A. NB: R n is de ruimte van alle n matrices, of rij-vectoren. Stelling Als A en B rij-equivalente matrices zijn, dan zijn de rij-ruimtes van A en B gelijk. Bewijs: na een rij-operatie bestaan de rijen van de nieuwe matrix uit lineaire combinaties van rijen van de oude matrix, en andersom. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 3 / 29

Gevolg: als A rij-equivalent is met de matrix R in (gereduceerde) rij-echelon vorm, dan vormen de rijen van R met leidende enen (dwz de niet-nulrijen) een basis voor de rij-ruimte van A. Bekend: de kolommen van A die corresponderen met kolommen in R met leidende enen vormen een basis voor de kolom-ruimte van A. A = is rij-equivalent met R = 3 4 2 5 4 2 6 9 8 2 2 6 9 9 7 3 4 2 5 4 3 4 2 5 4 0 0 3 2 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 4 / 29

dus een basis van de rijruimte van A is {r, r 2, r 3 }, met r = [ 3 4 2 5 4 ] r 2 = [ 0 0 3 2 6 ] r 3 = [ 0 0 0 0 5 ]. Deze basis bestaat i.h.a. niet uit rijen van A! Leidende enen staan in kolommen, 3 en 5 van R dus een basis voor de kolom-ruimte van A is {a, a 3, a 5 }, met a i de i-de kolom van A. a = 2 2, a 3 = 4 9 9 4, a 5 = 5 8 9 5 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 5 / 29

NB: Een basis voor de rij-ruimte van A die uit rijen van A bestaat vinden we door A T te vegen. De kolom-ruimte van A T komt namelijk overeen met de rij-ruimte van A. A T = 2 2 3 6 6 3 4 9 9 4 2 2 5 8 9 5 4 2 7 4 equivalent met S = 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Leidende enen staan in kolommen, 2, 3 dus de eerste drie rijen v, v 2, v 3 van de matrix A vormen een basis van de rij-ruimte. v = [ 3 4 2 5 4 ] v 2 = [ 2 6 9 8 2 ] v 3 = [ 2 6 9 9 7 ] J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 6 / 29

Definitie De dimensie van de rij-ruimte (kolom-ruimte) van een matrix A heet de rij-rang (kolom-rang) van A. A = 3 4 2 5 4 2 6 9 8 2 2 6 9 9 7 3 4 2 5 4 heeft rij-rang gelijk aan de rij-rang van de rij-equivalente matrix in trapvorm 3 4 2 5 4 R = 0 0 3 2 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 en is dus gelijk aan 3 (= het aantal rijen met leidende enen). J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 7 / 29

[vervolg] A = 3 4 2 5 4 2 6 9 8 2 2 6 9 9 7 3 4 2 5 4 heeft kolom-rang gelijk aan het aantal kolommen met leidende enen in 3 4 2 5 4 R = 0 0 3 2 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 en is dus ook gelijk aan 3. Dit is niet toevallig! J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 8 / 29

Stelling Voor elke m n matrix A geldt dat de rij-rang en de kolom-rang van A gelijk zijn. Bewijs: het aantal rijen met leidende enen is gelijk aan het totale aantal leidende enen en het aantal kolommen met leidende enen ook! Definitie De rang van een matrix A is per definitie zijn rij-rang (of kolom-rang). Notatie: rang A NB: er geldt voor een m n matrix A: rang A m en ook rang A n. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 9 / 29

Stelling Als A een m n matrix is en we duiden met nulheid A de dimensie aan van de nulruimte van A dan geldt: rang A + nulheid A = n Bewijs: eerder gezien dat nulheid A = n r met r het aantal leidende enen. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 0 / 29

A = 2 2 0 2 3 2 0 0 0 Rij-equivalente matrix in gereduceerde trapvorm: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Leidende enen in kolommen,3,4. Dus de (kolom-) rang van A is 3. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 / 29

[vervolg] De gegeven 4 5 matrix A is rij-equivalent met de matrix in gereduceerde trapvorm 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bij oplossen van Ax = 0 kies je dus vrije variabelen x 2 = s en x 5 = t met s, t R (dan volgt x = s t, x 2 = s, x 3 = t, x 4 = 0, x 5 = t). Dus heeft de nulruimte van A dimensie 2 = 5 3 = n rang A. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 2 / 29

Stelling Als A een n n matrix is dan is rang A = n dan en slechts dan als A rij-equivalent is met I n Bewijs: A heeft rang n, dus is rij-equivalent met een matrix R in gereduceerde trapvorm die n leidende enen heeft. Dan heeft R in elke rij en kolom een leidende. Dus R = I n. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 3 / 29

Stelling Het lineaire stelsel Ax = b heeft een oplossing dan en slechts dan als rang A =rang [A b]. Bewijs: Ax = b heeft een oplossing dan en slechts dan als b een lineaire combinatie is (met coëficiënten x,..., x n ) van de kolommen van A en dus tot de kolom-ruimte van A behoort. Maar dit is het geval dan en slechts dan als rang A =rang [A b]. 2 3 3 4 2 7 x x 2 x 3 = 4 5 6 heeft geen oplossing omdat rang A = 2 en rang [A b] = 3. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 4 / 29

Stelling De volgende uitspraken zijn equivalent voor een n n matrix A:. A is niet-singulier (inverteerbaar) 2. A is rij-equivalent met I n. 3. Ax = 0 heeft alleen de triviale oplossing x = 0 4. Ax = b heeft voor elke b R n een unieke oplossing 5. det(a) 0 6. rang A = n 7. de dimensie van de nulruimte van A is nul 8. de rijen van A zijn lineair onafhankelijk in R n 9. de kolommen van A zijn lineair onafhankelijk in R n. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 5 / 29

Coördinaten Definitie Als S = {v, v 2,..., v n } een geordende basis is van een vectorruimte V, dan is elke v in V op eenduidige wijze te schrijven als v = a v + a 2 v 2 + + a n v n en we noemen [v] S = a a 2. de coördinaatvector van v ten opzichte van de geordende basis S. De elementen van [v] S heten de coördinaten van v ten opzichte van S. a n J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 6 / 29

S = {t, } is een geordende basis voor P en v = p(t) = 5t 2 heeft coördinaatvector [ [v] S = 5 2 ] ten opzichte van S. NB: de coördinaatvector is afhankelijk van de volgorde van de vectoren in de geordende basis: als S = {, t} dan [ ] 2 [v] S = 5 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 7 / 29

Neem de geordende basis S = {v, v 2, v 3 }, met v = 0, v 2 = 2 0 We vinden de coördinaatvector [v] S = v =, en v 3 = 5 a a 2 a 3 0 2. van de vector door te stellen a v + a 2 v 2 + a 3 v 3 = v J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 8 / 29

Dit geeft aanleiding tot het stelsel 2 0 0 0 2 5 met oplossing dus Inderdaad is 5 a = 3, a 2 =, a 3 = 2 = 3 [v] S = 0 3 2 2 0 2 0 2. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 9 / 29

Isomorfie Als V een vectorruimte van dimensie n is met basis S, dan kan men met elke vector v in V een vector in R n associëren, namelijk zijn coördinaatvector [v] S. De vector v in V en de vector [v] S in R n gedragen zich precies hetzelfde mbt de gedefinieerde optelling en scalaire vermenigvuldiging: [u + v] S = [u] S + [v] S V en R n zijn isomorf. [cv] S = c[v] S J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 20 / 29

P 2 heeft basis {t 2, t, } dus dimensie 3, dus is isomorf met R 3 en kan bestudeerd worden door in plaats van een polynoom 3t 2 4t + 6 3 in P 2 zijn coördinaatvector 4 in R 3 te beschouwen. 6 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 2 / 29

Overgangsmatrices Laat S = {v, v 2,..., v n } en T = {w, w 2,..., w n } twee geordende bases zijn van een vectorruimte V. Dan is voor v V : c 2 v = c w + c 2 w 2 + + c n w n, ofwel [v] T =. c c n [v] S = [c w + c 2 w 2 + + c n w n ] S = [c w ] S + [c 2 w 2 ] S + + [c n w n ] S = c [w ] S + c 2 [w 2 ] S + + c n [w n ] S Definitie De overgangsmatrix of transitiematrix van de basis T naar de basis S is de matrix P S T met als j-de kolom de vector [w j ] S. NB: dan dus [v] S = P S T [v] T J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 22 / 29

S = {e, e 2 } en T = {w, w 2 } met e = [ 0 ] [ 0, e 2 = ] [, w = ] [ 2, w 2 = ] dan P S T = [[w ] S [w 2 ] S ] = [ 2 ] J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 23 / 29

[vervolg] Laat nu [v] T = [ 3 5 ] Dan is [v] S = P S T [v] T dus Inderdaad geldt [v] S = [ 3 [ 2 ] [ 2 + 5 ] [ 3 5 ] [ = 7 0 ] = [ 7 2 ] ] [ 0 + 2 ] J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 24 / 29

Stelling Laat V een vectorruimte zijn, met bases S = {s, s 2,..., s n } en T. De overgangsmatrix P S T van T naar S is inverteerbaar, en de inverse is gelijk aan de overgangsmatrix Q T S van S naar T : Bewijs: er geldt voor v V dat P S T = Q T S [v] S = P[v] T en [v] T = Q[v] S dus [v] S = PQ[v] S Door v resp. gelijk te nemen aan s, s 2,..., s n volgt PQ = I n. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 25 / 29

S = {e, e 2 } en T = {w, w 2 } met dan e = [ 0 Q T S = [[e ] T [e 2 ] T ] = ] [ 0, e 2 = [ 2 ] [, w = ] [ 2, w 2 = ] [ 2, P S T = [[w ] S [w 2 ] S ] = ] ] zodat P S T Q T S = [ 2 ] [ 2 ] = [ 0 0 ] = I 2 dus P en Q zijn elkaarse inverse. J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 26 / 29

Bepaal P S T voor S = {v, v 2, v 3 } en T = {w, w 2, w 3 } met v = w = 2 0 6 3 3, v 2 =, w 2 = 2 0 4 3 de j-de kolom van P is [w j ] S, dus los op:, v 3 =, w 3 =, 5 5 2 a v + a 2 v 2 + a 3 v 3 = w b v + b 2 v 2 + b 3 v 3 = w 2 c v + c 2 v 2 + c 3 v 3 = w 3 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 27 / 29

Dit geeft drie stelsels met dezelfde coëfficiëntenmatrix, ofwel 2 6 4 5 0 0 2 2 0 2 3 5 equivalent met 0 0 2 0 3 3 2 0 0 Conclusie: P S T = 2 2 2 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 28 / 29

De matrix Q T S kan op twee manieren bepaald worden: Q = P dus veeg [P I ] = j-de kolom van Q T S is [v j ] T dus veeg 2 2 0 0 2 0 0 0 0 6 4 5 2 3 5 0 2 3 3 2 0 We vinden in beide gevallen: Q T S = 3 2 2 5 2 3 2 2 2 0 2 J.Keijsper (TUE) Lineaire Algebra voor ST college 8 29 / 29