Calcolo di un'Applicazione Lineare

Calcolo di un'Applicazione Lineare
Calcolo di un'Applicazione Lineare

Versione italiana

Calcolo di un'Applicazione Lineare

Un'applicazione lineare è una funzione tra due spazi vettoriali che preserva le operazioni di somma e moltiplicazione per uno scalare. Se T: V \to WT:VWT: V \to W è un'applicazione lineare, allora per ogni \mathbf{u}, \mathbf{v} \in Vu,vV\mathbf{u}, \mathbf{v} \in V e ogni scalare ccc si ha:

  1. Additività:

    T(\mathbf{u} + \mathbf{v}) = T(\mathbf{u}) + T(\mathbf{v})
    T(u+v)=T(u)+T(v)T(\mathbf{u} + \mathbf{v}) = T(\mathbf{u}) + T(\mathbf{v})
  2. Omogeneità:

    T(c \mathbf{u}) = c T(\mathbf{u})
    T(cu)=cT(u)T(c \mathbf{u}) = c T(\mathbf{u})

Rappresentazione Matriciale

Se TTT è un'applicazione lineare da \mathbb{R}^nRn\mathbb{R}^n a \mathbb{R}^mRm\mathbb{R}^m, può essere rappresentata da una matrice AAA di dimensione m \times nm×nm \times n. L'applicazione lineare può essere calcolata come:

T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x}
T(x)=AxT(\mathbf{x}) = A \mathbf{x}

dove \mathbf{x}x\mathbf{x} è un vettore colonna in \mathbb{R}^nRn\mathbb{R}^n.

Esempio di Applicazione Lineare

Consideriamo un'applicazione lineare T: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}^2T:R2R2T: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}^2 definita dalla matrice:

A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}
A=(2113)A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}

1. Calcolo dell'Applicazione Lineare

Sia \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}x=(12)\mathbf{x} = \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}. Calcoliamo T(\mathbf{x})T(x)T(\mathbf{x}):

T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}
T(x)=Ax=(2113)(12)T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}

2. Esecuzione del Prodotto Matriciale

Calcoliamo il prodotto:

T(\mathbf{x}) = \begin{pmatrix} 2 \cdot 1 + 1 \cdot 2 \\ 1 \cdot 1 + 3 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 + 2 \\ 1 + 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}
T(x)=(21+1211+32)=(2+21+6)=(47)T(\mathbf{x}) = \begin{pmatrix} 2 \cdot 1 + 1 \cdot 2 \\ 1 \cdot 1 + 3 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 + 2 \\ 1 + 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}

Quindi, l'immagine del vettore \mathbf{x}x\mathbf{x} sotto l'applicazione lineare TTT è:

T\left(\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}\right) = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}
T((12))=(47)T\left(\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}\right) = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}

English version

Calculating a Linear Application

A linear application is a function between two vector spaces that preserves the operations of addition and multiplication for a scalar. If T: V \to WT:VWT: V \to W is a linear map, then for every \mathbf{u}, \mathbf{v} \in Vu,vV\mathbf{u}, \mathbf{v} \in V and every scalar ccc we have:

  1. Additivity:
T(\mathbf{u} + \mathbf{v}) = T(\mathbf{u}) + T(\mathbf{v})
T(u+v)=T(u)+T(v)T(\mathbf{u} + \mathbf{v}) = T(\mathbf{u}) + T(\mathbf{v})
  1. Homogeneity:
T(c \mathbf{u}) = c T(\mathbf{u})
T(cu)=cT(u)T(c \mathbf{u}) = c T(\mathbf{u})

Matrix Representation

If TTT is a linear map from \mathbb{R}^nRn\mathbb{R}^n to \mathbb{R}^mRm\mathbb{R}^m, it can be represented by a matrix AAA of size m \times nm×nm \times n. The linear application can be computed as:

T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x}
T(x)=AxT(\mathbf{x}) = A \mathbf{x}

where \mathbf{x}x\mathbf{x} is a column vector in \mathbb{R}^nRn\mathbb{R}^n.

Linear Application Example

Let's consider a linear application T: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}^2T:R2R2T: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}^2 defined by the matrix:

A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}
A=(2113)A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}

1. Calculating the Linear Application

Let \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}x=(12)\mathbf{x} = \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}. Let's calculate T(\mathbf{x})T(x)T(\mathbf{x}):

T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}
T(x)=Ax=(2113)(12)T(\mathbf{x}) = A \mathbf{x} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}

2. Performing the Matrix Product

Let's calculate the product:

T(\mathbf{x}) = \begin{pmatrix} 2 \cdot 1 + 1 \cdot 2 \\ 1 \cdot 1 + 3 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 + 2 \\ 1 + 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}
T(x)=(21+1211+32)=(2+21+6)=(47)T(\mathbf{x}) = \begin{pmatrix} 2 \cdot 1 + 1 \cdot 2 \\ 1 \cdot 1 + 3 \cdot 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 + 2 \\ 1 + 6 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}

So, the image of the vector \mathbf{x}x\mathbf{x} under the linear application TTT is:

T\left(\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}\right) = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}
T((12))=(47)T\left(\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}\right) = \begin{pmatrix} 4 \\ 7 \end{pmatrix}

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