Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 214

Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Dag allemaal

Lang geleden dat ik hier nog eens gepost had, hierbij ben ik er dus weer. :eusa_whistle:

Het gaat over de volgende vraag:

Zij
\(\textbf{B = \{ 1, 2, 3, 4 \}}\)
en
\(V\)
de verzameling van alle afbeeldingen
\(\textbf{f}\)
van
\(\textbf{B}\)
naar
\(\textbf{\mathbb{Q}}\)
met volgende voorwaarde:
\( \textbf{f(1) + f(2) + f(3) + f(4) = 0} \)
.[/b]

(i) Toon aan dat V een Q-vectorruimte is, driedimensionaal is en geef een basis voor V.

Voor het eerste dacht ik het volgende:

Aangezien alle afbeeldingen, afbeeldingen zijn naar Q, erven zij de eigenschappen van de optelling in Q over, waarmee aan de voorwaarde van de Abelse groep voor de optelling voldaan wordt.

De vermenigvuldiging met scalairen van Q en de distributiviteit volgt volgens mij ook gewoon uit het feit dat de afbeeldingen naar Q zijn?

Vervolgens zit ik een beetje vast op het aantonen dat de vectorruimte als dimensie 3 heeft.

Ik ben zo stout geweest om even bij de korte oplossing te gaan spieken en daar staat iets dat ik niet meteen kan vatten:

Definieer voor iedere
\(1 \leq i \leq 4, i \in \mathbb{N}\)
de volgende afbeelding:
\(\sigma_i : B \rightarrow \mathbb{Q} : j \mapsto \delta_{ij}.\)
Waarbij
\(\delta_{ij}\)
deKrönecker delta is.

Vervolgens zeggen ze dat
\(\{ \sigma_1 - \sigma_4, \sigma_2 - \sigma_4, \sigma_3 - \sigma_4 \}\)
een basis is voor de vectorruimte V. Waaruit je natuurlijk kan concluderen dat de dimensie 3 is.

Mijn vraag is nu: Als je zo'n afbeelding definieert (en ik veronderstel dan dat die afbeeldingen afbeeldingen f kunnen zijn vanuit de opgave??) dan voldoen deze afbeeldingen toch niet aan de voorwaarde die eerder gesteld was?

Er zal door die Kronecker delta als i = j 1 uitkomen... i.p.v. 0 bij de voorwaarde??

Waarschijnlijk zie ik het wel helemaal fout, maar moest er iemand de juiste manier zien, laat het even weten. ](*,)

Vervolgens snap ik dan ook niet waarom de door hen gegeven basis een basis is voor V.

Groetjes

Overdruk
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Om te tonen dat V een vectorruimte is, kan je eenvoudig nagaan dat als f, g in V zitten, dan ook pf+qg met p,q scalairen.

Voor die basis: je kan alvast intuïtief aanvoelen dat je het beeld van drie van de vier argumenten vrij kan kiezen (bijvoorbeeld f(1), f(2) en f(3)), maar dat daarmee f(4) vastligt zodat aan de voorwaarde voldaan is.

Schrijf eens uit wat de afbeeldingen uit de voorgestelde basis precies doen; ga na of je inziet dat functies die gevormd worden als lineaire combinatie van deze basisvectoren, inderdaad in V zitten.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Oké, voor het eerste dan:

Stel je hebt twee afbeeldingen
\(f,g \in V \)
en je hebt
\( \lambda, \mu \in \mathbb{Q}\)
.

Dan zou moeten gelden:
\( \lambda f + \mu g \in V \)
Want je kan een willekeurig element van
\(B\)
afbeelden op een willekeurig element van
\(\mathbb{Q}\)


en
\( \lambda f + \mu g \in \mathbb{Q} \)
want beide afbeeldingen zijn naar
\(\mathbb{Q}\)
??

Is dat genoeg voor een bewijs? of?

De afbeeldingen
\((\sigma_1 - \sigma_4)(1) = 1 - 0\)
??
\((\sigma_1 - \sigma_4)(2) = 0 \)
\((\sigma_1 - \sigma_4)(3) = 0\)
\((\sigma_1 - \sigma_4)(4) = - 1\)
??

Of doe ik die 'aftrekking' verkeerd? :/

Tja... voor de andere is het dan analoog indien mijn definitie van die min juist is... ](*,)

En daaruit zie ik inderdaad dat die afbeeldingen tot V behoren...

Als je nu lineaire combinaties neemt van deze drie basisvectoren dan bekom je natuurlijk weer elementen van V

want anders was V geen vectorruimte... :/

Maar de vraag is, hoe zie ik dat dit een basis is... niet tegenstaande dat ik eigenlijk op het idee moest komen om zelf een basis te construeren. ;)

Ik zie nu ook wel dat
\( (\sigma_i - \sigma_4)(4) = -1 \)
voor alle
\( 1 \leq i \leq 3 \)
en dat zal dan dat intuitief gevoel ondersteunen dat er 3 vrij te kiezen zijn en 1 altijd bepaald door de drie anderen, zeker?

'k Zie wel dat je dus 3 elementen van B op deze manier kan afbeelden op alle elementen van Q...

Als
\( \sum_{i=1}^{3}{ \lambda_i (\sigma_i - \sigma_4)(j)} = 0 \)
dan moeten de
\(\lambda_i = 0\)
zijn.

Maar ik moet nu naar de kapper... ik denk straks wel verder... :eusa_whistle:

Groetjes

Overdruk
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Voor het bewijs van vectorruimte: je moet tonen dat die lineaire combinatie in V zit, dus aan die voorwaarde voldoet, door gebruik te maken van het feit dat f en g in V zitten.

Een langere reactie is voor later want ik zit hier nu op mobiel internet en dan is veel typen en zeker LaTeX heel omslachtig en tijdrovend :eusa_whistle:
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

De afbeelding
\((\lambda f+\mu g): B \rightarrow Q; b \mapsto \lambda f(b) + \mu g(b)\)
moet een element zijn van V omdat :

Voor f geldt:
\(\sum_b \lambda f(b) = 0\)
zij
\(b \in B\)
en voor g geldt:
\(\sum_b \mu g(b) = 0\)
, beiden omdat
\(f,g \in V\)
.

Dus geldt:
\(\sum_b (\lambda f(b) + \mu g(b)) = 0 \)
Dit is de voorwaarde voor een element te zijn van de vectorruimte V.

Q.E.D.??

De rest van de eigenschappen voor vermenigvuldiging met scalairen enzo erft de ruimte toch van
\(\mathbb{Q}\)
??
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Dit is de voorwaarde voor een element te zijn van de vectorruimte V.
Inderdaad.
Overdruk schreef:De afbeeldingen
\((\sigma_1 - \sigma_4)(1) = 1 - 0\)
??
\((\sigma_1 - \sigma_4)(2) = 0 \)
\((\sigma_1 - \sigma_4)(3) = 0\)
\((\sigma_1 - \sigma_4)(4) = - 1\)
??
Dit klopt, dus je hebt respectievelijk de beelden 1, 0, 0, -1. Voor die andere twee zijn dan 0,1,0,-1 en 0,0,1,-1.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Oké, als je nu om te bewijzen dat het een basis is, het opsplitst in twee delen:

namelijk ten eerste dat het een voortbrengend stel moet zijn en ten tweede een lineair onafhankelijk stel.

(i) lineair onafhankelijk

Er zou moeten gelden:
\( \lambda (\sigma_1 - \sigma_4)(b) + \mu (\sigma_2 - \sigma_4)(b) + \gamma (\sigma_3 - \sigma_4)(b) = 0\)
impliceert
\(\lambda , \mu , \gamma = 0 \)
.

tja... en dat is ook zo... als je de beelden zo opschrijft:
Dit klopt, dus je hebt respectievelijk de beelden 1, 0, 0, -1. Voor die andere twee zijn dan 0,1,0,-1 en 0,0,1,-1.
Voor geen enkele b is die som gelijk aan nul als de coëfficiënten niet nul zijn.

(ii)

Is er niet zo'n stelling die zegt dat als er een lineair onafhankelijk stel is in een vectorruimte met dimensie n en de kardinaliteit van het stel is n, dat dan het stel een basis is voor V?

Alleszins, dan zouden we eerst moeten aantonen dat de ruimte V driedimensionaal is... en zo staat het ook in de opgave, dat je eerst moet aantonen dat de ruimte driedimensionaal is...

(iii) voortbrengend stel

Een element van V is een lineaire afbeelding die een element van B afbeeldt op een willekeurig element van
\(\mathbb{Q}\)
. Als de kandidaat basis een voortbrengend stel zou zijn, dan zou elk element van V te schrijven zijn als lineaire combinaties van de elementen in het stel.

Is dit niet dezelfde vraag als: kan je met lineaire combinaties van het stel elk element van B afbeelden op een willekeurig element van
\(\mathbb{Q}\)
??

Dit is ook zo, met elke b correspondeert een lineaire afbeelding uit de kandidaat basis waarmee deze b kan afgebeeld worden op elk element van
\(\mathbb{Q}\)
(door het vermenigvuldigen met een scalair uit Q, maar dat is dan een lineaire combinatie van de elementen uit het stel).

Dus is het stel voortbrengend en zoals we al van vorig puntje weten lineair onafhankelijk, dus is het een basis voor V.

Waaruit volgt dat de dimensie van V drie is.

Is dit genoeg voor een bewijs?

Dit is de voorwaarde voor een element te zijn van de vectorruimte V.
Inderdaad.
Bedoel je daarmee dat het een geldig bewijs is? Moet ik niets meer aantonen dan dat aan die voorwaarde voldaan is?

Nu de volgende vraag:

Hoe toon ik aan dat de ruimte driedimensionaal is zonder weet te hebben van die basis?

Groetjes

Overdruk
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Overdruk schreef:(i) lineair onafhankelijk

Er zou moeten gelden:
\( \lambda (\sigma_1 - \sigma_4)(b) + \mu (\sigma_2 - \sigma_4)(b) + \gamma (\sigma_3 - \sigma_4)(b) = 0\)
(ii)

Is er niet zo'n stelling die zegt dat als er een lineair onafhankelijk stel is in een vectorruimte met dimensie n en de kardinaliteit van het stel is n, dat dan het stel een basis is voor V?
Ja, zeker voor eindigdimensionale vectorruimten zoals hier; maar zoals gezegd kennen we de dimensie hier in principe nog niet.
Overdruk schreef:(iii) voortbrengend stel

Een element van V is een lineaire afbeelding die een element van B afbeeldt op een willekeurig element van
\(\mathbb{Q}\)
Bedoel je daarmee dat het een geldig bewijs is? Moet ik niets meer aantonen dan dat aan die voorwaarde voldaan is?
Om na te gaan of het een vectorruimte is, volstaat het na te gaan dat lineaire combinaties binnen de ruimte blijven samen met de voorwaarde dat de ruimte niet leeg is. Maar dat is steeds eenvoudig na te gaan met de nulvector en die zit erin.
Overdruk schreef:Nu de volgende vraag:

Hoe toon ik aan dat de ruimte driedimensionaal is zonder weet te hebben van die basis?
Met de redenering van hierboven hebben we een voortbrengend stel van drie vectoren gevonden die bovendien lineair onafhankelijk zijn; de dimensie is dus 3 en dit stel vormt een basis.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Oké, hartstikke bedankt.

Er is nog een vervolg op de vraag:

(ii)

Beschouw de afbeelding
\(\alpha : V \rightarrow V \)
die een afbeelding
\(f \in V\)
afbeeldt

op de afbeelding g gedefinieerd door
\(g(n) := f(5-n)\)
voor alle
\(n \in B\)
.

Toon aan dat
\(\alpha\)
een lineaire operator is, en bepaal de matrix van deze

operator ten opzichte van de basis die je in (i) hebt bepaald.

De vraag om aan te tonen of
\(\alpha\)
een lineaire operator is, is dezelfde vraag als vragen om aan te tonen dat de afbeelding
\(\alpha\)
lineair is, want ze gaat al van V naar V.

Nu ... je gaat dus gewoon van een afbeelding uit V naar een andere afbeelding uit V, naar een g(n), maar die n, mag je die dan willekeurig kiezen? of is dat het element waarvan je vorige afbeelding vetrok ofzo?

Ik zit al een kwartier te denken hoe ik dat moet aantonen, maar het lukt me niet meer... misschien is het omdat het zo laat is, misschien omdat ik geen inzicht heb... :eusa_whistle:

Kan je me een aanwijzing geven hoe ik zo'n lineaire afbeelding van een som van twee elementen van V anders kan schrijven ofzo?

Groetjes

Silke
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Ga ff uit van het volgende:
\(\alpha (f) + \alpha (q) \)
, f en q element van V.
\(\alpha (f) + \alpha (q) = \lambda_1 (\sigma_1 - \sigma_4)(b) + \lambda_2 (\sigma_2 - \sigma_4)(b) + \lambda_3 (\sigma_3 - \sigma_4)(b) + \mu_1 (\sigma_1 - \sigma_4)(b) + \mu_2 (\sigma_2 - \sigma_4)(b) + \mu_3 (\sigma_3 - \sigma_4)(b) = \)
\( (\lambda_1 + \mu_1) (\sigma_1 - \sigma_4)(b) + (\lambda_2 + \mu_2) (\sigma_2 - \sigma_4)(b)+ (\lambda_3 + \mu_3) (\sigma_3 - \sigma_4)(b) = \alpha ( f + q ) ??\)
Klopt dit of steun ik op iets dat ik nog niet weet?

Als het een juist bewijs is, dan is volgens mij dat met vooropzetten van scalairen ook niet zo moeilijk aan te tonen...

Maar denk niet dat het klopt tbh pffs... kga nu slapen :eusa_whistle:

grtjs

Overdruk
Cogito ergo sum.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Om te tonen dat alpha lineair is, moet je tonen dat het beeld van een lineaire combinatie gelijk is aan de lineaire combinatie van de beelden, in symbolen (met a en b in Q en elke f in V):
\(\alpha \left( {a{f_1} + b{f_2}} \right) = a\alpha \left( {{f_1}} \right) + b\alpha \left( {{f_2}} \right)\)
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Gebruikersavatar
Berichten: 214

Re: Lineaire algebra: q-vectorruimte van lineaire afbeeldingen.

Mja, dat weet ik wel..
Cogito ergo sum.

Reageer