Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛА 4 [ЛИНЕЙНЫЕ ОПЕРАТОРЫ].doc
Скачиваний:
46
Добавлен:
20.09.2019
Размер:
2.07 Mб
Скачать

Связь координат вектора с координатами его образа

Пусть в линейном пространстве задан базис (4.8) и пусть – матрица линейного оператора в этом базисе. Выберем произвольный вектор и положим . Обозначим и – координатные столбцы векторов и соответственно в базисе (4.8). Тогда

[(4.3)] [(4.11)] = ,

и

. (4.13)

Равенство (4.13) есть не что иное, как разложение вектора по базису (4.8), а коэффициенты разложения –координаты вектора в этом базисе. В силу единственности координат вектора в данном базисе получаем

. (4.14)

Записав (4.14) по правилу цепочки ( ), получаем

. (4.15)

Формула (4.14) и задает связь координат вектора и координат его образа при линейном операторе, а (4.15) –ее матричная запись.

Изменение матрицы линейного оператора при изменении базиса

Теорема 4.2. Пусть в линейном пространстве заданы два базиса:

(4.16)

и

, (4.17)

и пусть A = и – матрицы линейного оператора в базисах (4.16) и (4.17) соответственно. Тогда

, (4.18)

где Т – матрица перехода от (4.16) к (4.17).

►Чтобы найти матрицу , следует образы векторов базиса (4.17) разложить опять же по этому базису. Имеем

= [определение матрицы перехода] = = [(4.3)] = =

= [(4.11)] = = [свойство 6º § 9 гл. 3] = .

Итак,

= . (4.19)

Равенство (4.19) задает разложение вектора по базису (4.17). С другой стороны, по определению матрицы линейного оператора,

. (4.20)

В силу единственности координат вектора в данном базисе из (4.19) и (4.20) получаем равенство

, (4.21)

которое и дает нам связь элементов матриц линейного оператора в различных базисах. Запишем (4.21) по правилу цепочки:

. (4.22)

Так как (см. замечание в § 9 гл. 3), то из (4.22) получаем (4.18).◄

Определение. Квадратные матрицы А и В называются подобными, если существует невырожденная матрица Т такая, что .

Таким образом, мы видим, что матрицы линейного оператора в различных базисах подобны.

Лемма 4.1. Подобные матрицы имеют одинаковые определители. ► .◄

Определение. Определителем линейного оператора называется определитель его матрицы в некотором, а значит, и в любом базисе пространства .

§ 4. Геометрический смысл определителя линейного оператора

Пусть – линейный оператор, – его матрица в некотором ортонормированном базисе , и пусть – некомпланарные векторы, а – их образы. Обозначим и координатные столбцы в выбранном базисе векторов и соответственно, , – объем параллелепипеда, построенного на векторах , а – объем параллелепипеда, построенного на векторах . Тогда, учитывая (4.15), получаем

[(4.15) § 3] [§ 5 гл. 1] =

[§ 6 гл. 1] . (4.23)

Рассмотрим теперь пространство . Выберем в нем точку и линейно независимых векторов , . Параллелепипедом в ( -мерным параллелепипедом) будем называть множество точек в

. (4.24)

Обозначим координатный столбец вектора в каноническом базисе. По аналогии с трехмерным пространством, объемом -мерного параллелепипеда (4.24) будем называть число

.

Можно доказать, что при переходе от одного ортонормированного базиса к другому ортонормированному это число не меняется, т.е. определение объема параллелепипеда является корректным.

Так же, как и для трехмерного пространства, для пространства доказывается равенство (4.23).

Вывод: из формулы (4.23) на основании леммы 4.1 вытекает, что коэффициент изменения объема параллелепипеда при линейном операторе равен модулю определителя этого оператора.