Per favore, spiega, questa è una trasformazione lineare o no?

Per favore, spiega, questa è una trasformazione lineare o no?
Anonim

Risposta:

Vedi sotto

Spiegazione:

Una trasformazione #T: V a W # si dice che sia lineare se ha le seguenti due proprietà:

  • #T (V_1 + V_2) = T (V_1) + T (V_2) # per ogni # v_1, v_2 in V #
  • #T (cv) = ct (v) # per ogni #v in V # e ogni scalare # C #

Si noti che la seconda proprietà lo presuppone # # V è incorporato con due operazioni di somma e moltiplicazione scalare. Nel nostro caso, la somma è la somma tra i polinomi e la moltiplicazione è la moltiplicazione con i numeri reali (presumo).

Quando si ottiene un polinomio si diminuisce il suo grado di #1#, quindi se ottieni un polinomio di grado #4# due volte, otterrai un polinomio di grado #2#. Nota che, quando parliamo dell'insieme di tutti e quattro i gradi di polinomio, intendiamo realmente l'insieme di tutti i polinomi di grado al massimo quattro. In realtà, un polinomio generico di grado quattro è

# A_0 + a_1x + a_2x ^ 2 + a_3x ^ 3 + a_4x ^ 4 #

Se vuoi il grado due polinomiale # 3 + 6x-5x ^ 2 #, per esempio, puoi semplicemente scegliere

# a_0 = 3, a_1 = 6, a_2 = -5, a_3 = a_4 = 0 #

Detto questo, identifichiamo lo spazio di grado polinomiale # N # con # # P_ne definire il nostro operatore #T: P_4 a P_2 # così #T (f (x)) = f '' (x) #

Proviamo la prima proprietà: supponiamo di avere i polinomi

# p_1 = a_0 + a_1x + a_2x ^ 2 + a_3x ^ 3 + a_4x ^ 4 #

e

# p_2 = b_0 + b_1x + b_2x ^ 2 + b_3x ^ 3 + b_4x ^ 4 #

Ciò significa che # P_1 + P_2 # è uguale a

# (A_0 + b_0) + (a_1 + q_1) x + (a_2 + q_2) x ^ 2 + (A_3 + b_3) x ^ 3 + (A_4 + b_4) x ^ 4 #

#T (P_1 + P_2) # è la seconda derivata di questo polinomio, così è

# 2 (a_2 + q_2) +6 (+ A_3 b_3) x + 12 (A_4 + b_4) x ^ 2 #

(Ho applicato due volte la regola di potenza per la derivazione: la seconda derivata di # X ^ n # è # n (n-1) x ^ {n-2} #)

Ora calcoliamo #T (P_1) #, cioè la seconda derivata di # # P_1:

# 2A_2 + 6a_3x + 12a_4x ^ 2 #

Allo stesso modo, #T (P_2) #, cioè la seconda derivata di # # P_2, è

# 2B_2 + 6b_3x + 12b_4x ^ 2 #

Se sommi queste espressioni, puoi vedere che abbiamo

#T (P_1 + P_2) = T (P_1) + T (P_2) #

La seconda proprietà è mostrata in modo simile: dato un polinomio

#p = a_0 + a_1x + a_2x ^ 2 + a_3x ^ 3 + a_4x ^ 4 #

abbiamo, per qualsiasi numero reale # C #,

#cp = ca_0 + ca_1x + ca_2x ^ 2 + ca_3x ^ 3 + ca_4x ^ 4 #

la sua seconda derivata è quindi

# 2ca_2 + 6ca_3x + 12ca_4x ^ 2 #

che è lo stesso del computing #T (p) #e quindi moltiplica tutto per # C #, cioè #T (cp) = ct (p) #