Versione italiana
Esercizi sulle basi canoniche
Teoria delle Basi Canoniche
In algebra lineare, una base canonica è un insieme di vettori che può generare uno spazio vettoriale. In particolare, nel caso di uno spazio vettoriale di dimensione n su un campo \mathbb{K}, la base canonica è costituita dai vettori unitari:
e_1 = (1, 0, 0, \ldots, 0)
e_2 = (0, 1, 0, \ldots, 0)
\vdots
e_n = (0, 0, 0, \ldots, 1)
Questi vettori hanno la proprietà che ogni vettore nello spazio può essere scritto come una combinazione lineare di questi vettori. Ad esempio, un vettore v = (a_1, a_2, \ldots, a_n) può essere rappresentato come:
v = a_1 e_1 + a_2 e_2 + \ldots + a_n e_n
Esercizi
Esercizio 1: Rappresentazione di Vettori
Dati i seguenti vettori nello spazio \mathbb{R}^3:
- v_1 = (3, -2, 5)
- v_2 = (0, 4, -1)
Scrivi ciascun vettore come combinazione lineare dei vettori della base canonica.
Soluzione
Per il vettore v_1:
v_1 = 3 e_1 - 2 e_2 + 5 e_3
Per il vettore v_2:
v_2 = 0 e_1 + 4 e_2 - 1 e_3
Esercizio 2: Determinazione della Combinazione Lineare
Verifica se il vettore w = (1, -3, 2) può essere scritto come combinazione lineare dei vettori u_1 = (2, -1, 3), u_2 = (0, 4, -1), e u_3 = (1, 0, -1).
Soluzione
Per trovare se w è una combinazione lineare di u_1, u_2, e u_3, risolviamo il sistema:
x(2,-1,3) + y(0,4,-1) + z(1,0,-1) = (1,-3,2)
Questo porta al seguente sistema di equazioni:
-
2x + z = 1
-
-x + 4y = -3
-
3x - y - z = 2
Risolvi il sistema per trovare i valori di x, y, e z.
Esercizio 3: Trasformazione in Base Canonica
Data la matrice:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -1\\ 0 & 3 & 4\\ 5 & -6 & 7 \end{pmatrix}
Trova le coordinate dei vettori colonna di A rispetto alla base canonica.
Soluzione
Le colonne della matrice sono già espresse rispetto alla base canonica. Quindi le coordinate sono semplicemente i valori delle colonne:
- Prima colonna: (1, 0, 5)
- Seconda colonna: (2, 3, -6)
- Terza colonna: (-1, 4, 7)
English version
Canonical Bases Exercises
Canonical Bases Theory
In linear algebra, a canonical basis is a set of vectors that can generate a vector space. In particular, in the case of a vector space of dimension n over a field \mathbb{K}, the canonical basis is constituted by the unit vectors:
e_1 = (1, 0, 0, \ldots, 0)
e_2 = (0, 1, 0, \ldots, 0)
\vdots
e_n = (0, 0, 0, \ldots, 1)
These vectors have the property that every vector in the space can be written as a linear combination of these vectors. For example, a vector v = (a_1, a_2, \ldots, a_n) can be represented as:
v = a_1 e_1 + a_2 e_2 + \ldots + a_n e_n
Exercises
Exercise 1: Representation of Vectors
Given the following vectors in the space \mathbb{R}^3:
- v_1 = (3, -2, 5)
- v_2 = (0, 4, -1)
Write each vector as a linear combination of the canonical basis vectors.
Solution
For the vector v_1:
v_1 = 3 e_1 - 2 e_2 + 5 e_3
For the vector v_2:
v_2 = 0 e_1 + 4 e_2 - 1 e_3
Exercise 2: Determining the Linear Combination
Check whether the vector w = (1, -3, 2) can be written as a linear combination of the vectors u_1 = (2, -1, 3), u_2 = (0, 4, -1), and u_3 = (1, 0, -1).
Solution
To find if w is a linear combination of u_1, u_2, and u_3, we solve the system:
x(2,-1,3) + y(0,4,-1) + z(1,0,-1) = (1,-3,2)
This leads to the following system of equations:
-
2x + z = 1
-
-x + 4y = -3
-
3x - y - z = 2
Solve the system to find the values ​​of x, y, and z.
Exercise 3: Transformation in Canonical Basis
Given the matrix:
A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -1\\ 0 & 3 & 4\\ 5 & -6 & 7 \end{pmatrix}
Find the coordinates of the column vectors of A with respect to the canonical basis.
Solution
The columns of the matrix are already expressed with respect to the canonical basis. So the coordinates are simply the values ​​of the columns:
- First column: (1, 0, 5)
- Second column: (2, 3, -6)
- Third column: (-1, 4, 7)
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