线性变换的定义.ppt

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1、教学目标：理解线性变换的概念，掌握线性变换的基本性质,6.1 线性变换的定义,教学难点：线性变换的象与核的求法,授课题目：6.1 线性变换的定义,授课时数：4学时,教学重点：线性变换的基本性质,第六章线性变换,一.定义及例子,容易看出：对任意向量,及实数 k 均有(+)()+()(k)k(),1.两个实例,容易看出：对任意向量,及实数 k 均有(+)()+()(k)k(),定义1设V是数域F上的一个线性空间，是V的一个变换，如果它满足以下两个条件：（1）对任意的,V，有(+)()+()；（2）对任意的kF，有(k)=k().则称是向量空间V的一个线性变换,2.定义,例3 对 的每个向量，规定是

2、 的一个变换，我们证明它是一个线性变换,1）对于 的任意两个向量，与，有(+)=(x1+y1,x2+y2,x3+y3),3.一些例子,=(x1+y1,3(x1+y1)-(x2+y2),(x2+y2)+(x3+y3),2)对任意数 kF，则有(k)=(kx1,kx2,kx3）,=(kx1,3kx1-kx2,kx2+kx3),=k(x1,3x1-x2,x2+x3),=k(),因此，是F3的一个线性变换,=(x1,3 x1-x2,x2+x3)+(y1,3 y1-y2,y2+y3),=()+(),=(1,0,0),=(2,0,0),+=，()=,()=,()+()=,而(+)=,(+)_()+().,

3、如果在F3中规定()(x12,3 x1-x2，x2+x3）那么就不是F3的线性变换.,(3,0,0),(1,3,0),(4,6,0),(5,10,0),(9,9,0),例4在Mn(F)中,对任意的n阶方阵X,规定(X)=AXB，其中A和B为F上两个固定的 方阵.由于：,所以,是 Mn(F)的一个线性变换.,特别地，若A=B,则(X)=BXB,是Mn(F)的一个线性变换；若B可逆，且A=B-1,则(X)=B-1XB,也是Mn(F)的一个线性变换.,例5设V是数域F上的一个线性空间，取定F中的 一个数k，对任意的V，规定()k.,当k1时，是V的恒等变换；,是V的一个线性变换，叫做V的一个数乘（或

4、 位似）变换.,因此，恒等变换及零变换都是线性变换.,当k0时，是V的零变换.,例7设Ca,b是定义在a,b上的一切连续函数作成的R上的线性空间.对任意的f(x)Ca,b,规定J(f(x).,例6在Fx中，令D(f(x)=f(x),容易验证，D是Fx的一个线性变换，称为F x的微商变换（或微分变换）.,J(f(x)仍是a,b上的连续函数,线性变换，叫做Ca,b的积分变换.,J是Ca,b的一个,二.线性变换的基本性质,1)线性变换把零向量变成零向量；把任一向量的负向量-变成的象()的负向量-().,证 任取一向量，有(0)(0)0()0,所以(-)-(),()+(-)(-)(0)0，,2)定义1

5、中的条件(1),(2)与以下条件等价：(3)对任意的a,bF,V，有(a+b)a()+b().,3）线性变换保持线性关系式，即对于V，若有k1,k2,knF,及1,2,n V使得 k11+k22+knn则()k1(1)+k2(2)+kn(n),特别地，当0时，有K1(1)+k2(2)+kn(n)0.若k1，k2，kn 不全为0，则得性质：,4)线性变换把线性相关的向量组变成线性相关的向量组.,5)设是V的一个线性变换,V是V的子空间.V在下的象集合,记作(V),即(V)=()V.则(V)是V的一个子空间.,证对任意的，(V)总有,V使(),().,由于是线性变换，所以，对任意的a,bF,有 a

6、+b a()+b()(a+b).,但V 是 V 的子空间，a+bV,因而 a+b(V),故(V)是V 的一个子空间.,特别地，(V)是V的子空间，称为的象，可用Im()表示.,6）设是V的一个线性变换，W是V的一个 子空间，则W在之下的原象集合 V（）W 是V的一个子空间,特别地，零子空间0在之下的原象集是 V的一个子空间，称为的核，用ker()表示.即 ker()V()0,我们用图6.3和图6.4分别表示子空间Im()和ker().,性质5）和性质6）可总括为：在线性变换之下，向量空间V的 子空间的象集和原象集都是V的子 子空间.,的求解问题，用线性变换的话来说，就是求向量 的原象的问题.,

7、线性方程组,例8在 中，令()A,是 中任意的向量，A是确定的F上的n阶方阵.则 是 的一个线性变换.,而解齐次线性方程组就相当于求线性变换 的核.,容易看出Im()=L(A1,A2,An)=L(1,2,n)其中,而1,2,n是A的列向量.,习题6.11.判断以下的变换是否是线性变换，说出理由1)在R3中,(x1,x2,x3)=(0,x1+x2-3 x3,2x1-x2-2x3);2)在Q3中,(x1,x2,x3)=(,x2-x3,3)在线性空间V中，(),是V中固定 的一个向量；4)在线性空间V中,()+,是V中 固定的一个向量；,5）在Mn(F)中，(X)XA+AX,其中A是Mn(F)中固定的一个方阵；6）在Fx,(f(x)=f(x+1)-f(x);7)在由实数域R上的所有次数不超过n的多项式及 零多项式构成的线性空间Rnx中，(f(x)=xf(x)；,8）把复数域C看成它自己的线性空间,令()=,2.设是数域F上的线性空间V的一个变换，证明：是线性变换的充要条件是，对任意 的a、bF 和任意,V都有(a+b)=a()+b().3.证明：线性空间V的子空间W在V的线性变 换下 的原象仍是V的子空间.,