Консультация № 184405
08.11.2011, 14:22
200.00 руб.
0 25 1
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:

А - линейный оператор в пространстве многочленов степени не больше n (P_n). Найти матрицу оператора в каноническом базисе, а также ядро и образ оператора.

1. [(t+1)p(t)]'
2. [tp(t+1)]'
3. (t+1)p'(t)
4. tp'(t+1)
5. [tp'(t)]'
6. [tp(t-2)]'
7. tp'(t)-p(t+1)

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
08.11.2011, 15:07
общий
это ответ
Здравствуйте, Олег!
1) базис e1=1, e2=t, e3=t2,...,en+1=tn
Ae1=(t+1)'=1=e1
Ae2=[(t+1)t]'=[t2+t]'=2t+1=e1+2e2
Ae3=[(t+1)t2]'=[t3+t2]'=3t2+2t=2e2+3e3
........................................
Aen+1=[(t+1)tn]'=[tn+1+tn]'=(n+1)tn+ntn-1=nen+(n+1)en+1
Записывая координаты векторов в столбцы, получаем матрицу оператора:
1 1 0 ... 0
0 2 2 ... 0
0 0 3 ... 0
................
0 0 0 ... 0
0 0 0 ... n
0 0 0 ... n+1

Ядро оператора - это многочлены, для которых [(t+1)p(t)]'=0, т.е. (t+1)p(t)=C или
p(t)=C/(t+1). Эта функция являетс многочленом только при C=0. Следовательно, оператор
имеет нулевое ядро.

Из того, что ядро оператора равно нулю следует, что оператор обратим. У такого оператора образ совпадает со всем пространством.

2) базис e1=1, e2=t, e3=t2,...,en+1=tn
Ae1=t'=1=e1
Ae2=[t(t+1)]'=[t2+t]'=2t+1=e1+2e2
Ae3=[t(t+1)2]'=[t3+2t2+t]'=3t2+4t+1=e1+4e2+3e3
........................................
Aek=[t(t+1)k-1]'=[t(Ck-10+Ck-11t+Ck-12t2+...+Ck-1k-1tk)]'=
=Ck-10+2Ck-11t+3Ck-12t2+...+kCk-1k-1tk)=Ck-10e1+2Ck-11e2+3Ck-12e3+...+kCk-1k-1ek
........................................

Записывая координаты векторов в столбцы, получаем матрицу оператора:
1 1 1 ... Ck-10 ...............Cn0
0 2 4 ... 2Ck-11.............2Cn1
0 0 3 ... 3Ck-12...............3Cn2
.............................................
............. kCk-1k-1..........kCnk-1
.............................................
0 0 0 ...... 0 ................(n+1)Cnn

Определитель матрицы является верхнетреугольныи и равен произведению диагональных элементов
Det=1*2*3*...*(n+1)
т.е. отличен от нуля. Следовательно, оператор обратим, а поэтому его ядро нулевое и образ совпадает со всем пространством.
5
Огромное спасибо!!!
Неизвестный
08.11.2011, 15:31
общий
Адресаты:
Для n=3 здесь все понятно. Но в задании нужно именно для пространства многочленов степени не больше n, размерность этого пространства равна n+1.

Для данного примера будет матрица

1 1 0 0 ... 0 0
0 2 2 0 ... 0 0
0 0 3 3 ... 0 0
.................
0 0 0 0 ... n n
0 0 0 0 ... 0 n+1

А вот как находить его ядро и образ?
Неизвестный
08.11.2011, 15:41
общий
Адресаты:
Вот теперь для первого примера кое-что прояснилось. Жду решения остальных примеров.
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
08.11.2011, 15:49
общий
Если никто не ответит, то попозже.
Неизвестный
08.11.2011, 15:54
общий
Адресаты:
Ой, а мне уже завтра с утра сдавать. Посмотрите, пожалуйста, еще мой второй вопрос. Если можно, дайте ответы сегодня.
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
08.11.2011, 20:45
общий
08.11.2011, 20:47
3) Ae1=0
Ae2=t+1=e1+e2
...............................................
Aek=(t+1)(tk)'=(k-1)tk-1+(k-1)tk-2=ek-1+ek
Матрица
0 1 0 0 ....... 0
0 1 2 0 ....... 0
0 0 2 3 ....... 0
0 0 0 3 ....... 0
............................
0 0 0 0 ....... n
0 0 0 0 ....... n

Ядро: (t+1)p'(t)=0 <---> p'(t)=0 <---> p(t)=const
т.е. ядро совпадает с константами

Образ: q=Ap <---> q(t)=(t+1)p'(t)
1) q(t) делится на t+1
2) обратно, пусть q(t)=(t+1)Q(t)=(t+1)(c0+c1t+...+cn-1tn-1)=
=(t+1)[c0t+c1t2/2+...+cn-1tn/n]'
т.е. образ совпадает с многочленами, делящимися на t+1
Неизвестный
09.11.2011, 06:56
общий
Адресаты:
Здравствуйте! Помогите, пожалуйста, с остальными примерами. Мне сегодня сдавать надо. Если надо, я добавлю денег за вопрос...
Неизвестный
09.11.2011, 10:26
общий
Изменил стоимость. Помогите с остальными четырьмя примерами (4-7)! Очень срочно надо!
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
09.11.2011, 10:31
общий
Решение 4 в прикрепленном файле
Прикрепленные файлы:
8c2ab3f9b9cfe44c974bc85de6d8102f.jpg
Неизвестный
09.11.2011, 12:12
общий
Адресаты:
Прошу прощения за назойливость. Остальные три задачи вы сможете выложить в ближайшее время? А то я сам пробовал, не могу решить.

Заранее большое спасибо.
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
09.11.2011, 12:54
общий
Попробую если выкрою время, но не гарантирую, что успею. Последние задачи сложнее, чем первые.
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
09.11.2011, 13:16
общий
09.11.2011, 13:16
5) Матрица
0 1 0 0 ... 0
0 0 4 0 ... 0
0 0 0 9 ... 0
.........................
0 0 0 0 ... n2
0 0 0 0 ... 0

Ядро: (tp'(t))'=0 <---> tp'(t)=C1 <---> p'(t)=C1/t <---> p(t)=C1ln|t|+C2
так как p(t) многочлен, то C1=0 ---> ядро состоит из констант

Образ: оператор A1p=tp'(t) переводит все в многочлены, делящиеся на t (аналогично задаче 4)

оператр A2 p--->p' переводит многочлены делящиеся на t в многочлены степени не выше n-1:
для любого многочлена p(t)=c0+c1t+..+cn-1tn-1 можно найти многочлен q(t)=c0t+c1t2/2+..+cn-1tn/n, делящийся на t, производная которого q'=p

Оператор A=A2A1. Поэтому образ A - это все многочлены степени не выше n-1.
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
09.11.2011, 14:25
общий
Решение 6 в прикрепленном файле
Прикрепленные файлы:
b30ebce4e9f15869d5bc86191fd1ca9f.doc
Неизвестный
09.11.2011, 17:12
общий
Адресаты:
Дмитрий, вы сможете выложить решение 7-го задания в ближайшее время? Я сдал контрольную, обещал преподавателю сегодня донести 7-е задание.
Неизвестный
09.11.2011, 19:55
общий
Адресаты:
Дмитрий, помогите!!!
Неизвестный
10.11.2011, 08:11
общий
Изменил стоимость. Седьмое задание до сих пор в силе. Помогите!
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
10.11.2011, 17:20
общий
10.11.2011, 17:27
7) сначала матрица:
Aek+1=t(tk)'-(t+1)K=ktk-[$8721$]s=0kCksts=-[$8721$]s=0k-1Cksts+(k-1)tk=
=-[$8721$]m=1kCkm-1tm-1+(k-1)tk=-[$8721$]m=1kCkm-1em+(k-1)ek

Код:
-1   -1     -1  -1  .......     -1
0 0 -2 -3 .......... -Cn1
0 0 1 -3 ......... -Cn2
0 0 0 2 ......... -Cn3
..................................................................................
0 0 0 0 .......... -Cnn-1
0 0 0 0 .......... n-1

давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
10.11.2011, 17:43
общий
10.11.2011, 17:48
Ядро:
-x1-x2-x3-x4-.......-xn+1=0
-2x3-3x4-..........-Cn1xn+1=0
x3-3x4-.........-Cn2xn+1=0
....................................................
(n-2)xn-Cnn-1xn+1=0
(n-1)xn+1=0

Решая систему снизу находим
xn+1=0
xn=0
........................
x3=0
-x1-x2=0
т.е. ядро образовано всеми векторами,у которых отличны от нуля только первые две координаты, причем они противоположны. Это многочлены вида
p(t)=C(t-1)

Ответ: C(t-1)
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
10.11.2011, 17:57
общий
10.11.2011, 17:59
7) Образ является линейной комбинацией ветор-столбцов матрицы (это верно для любого оператора)
1-й столбец p0(t)=-1
2-й столбец p1(t)=-1
3-й столбец p2(t)=-1-2t+t2
4-й столбец p3(t)=-1-3t-3t2+2t3
........................................................
(k+1)-й столбец pk(t)=-1-Ck1t-Ck2t2-...-Ckk-1tk-1+(k-1)tk
........................................................
(n+1)-й столбец pn(t)=-1-Cn1t-Cn2t2-...-Cnn-1tn-1+(n-1)tk
Первые два столбца совпадают, остальные линейно независимы. Первый столбец выбрасываем.

Ответ: образ состоит из всех многочленов, являющихся линейными комбинациями многочленов
p1(t), p2(t), ... , pn(t)

P.S. Более прозрачное описание образа вряд ли возможно.
давно
Профессионал
304622
583
14.11.2011, 16:05
общий
Адресаты:
По поводу задачи 7). Мне показалось, что образом можно назвать всё пространство многочленов степени не выше n. Это неверно?
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
14.11.2011, 19:37
общий
Адресаты:
По поводу задачи 7). Мне показалось, что образом можно назвать всё пространство многочленов степени не выше n. Это неверно?

Это неверно.
давно
Профессионал
304622
583
15.11.2011, 10:24
общий
Адресаты:
Цитата: Орловский Дмитрий
Это неверно.


Если нетрудно объясните, пожалуйста, почему?

(Или попозже, когда будет время. Пытаюсь подучиться маленько :))
давно
Посетитель
7438
7205
15.11.2011, 10:38
общий
Адресаты:
Если нетрудно объясните, пожалуйста, почему?
Это Вам
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
давно
Мастер-Эксперт
319965
1463
15.11.2011, 22:49
общий
Адресаты:
почему?

Так в ответе же все написано.

Базис образа составляют вектор-столбцы матрицы оператора. Первые два столбца одинаковы, поэтому размерность образа не может быть больше n, в то время как размерность всего пространства равна n+1.
давно
Профессионал
304622
583
16.11.2011, 15:37
общий
Адресаты:
Увидел. Спасибо.
Форма ответа