נושאים: העתקה לינארית, גרעין, תמונה, מימד, חד-חד-ערכי, על, בסיס
רמת קושי: בינוני
תהי $T: \mathbb{R}_2[x] \to M_2(\mathbb{R})$ המוגדרת על ידי $$T(a + bx + cx^2) = \begin{pmatrix} a + b & c \\ 0 & a - b \end{pmatrix}.$$ מצאו את $\ker(T)$ ואת $\operatorname{Im}(T)$, וקבעו אם $T$ חד-חד-ערכית ואם $T$ על.
רמז: לגרעין: פתרו את המערכת $a+b=0, c=0, a-b=0$. לתמונה: בדקו אילו מטריצות ב-$M_2$ מתקבלות — שימו לב לכניסה $A_{21}$.
פתרון: **מציאת $\ker(T)$:**
$T(a + bx + cx^2) = 0$ אם ורק אם:
$$a + b = 0, \quad c = 0, \quad a - b = 0.$$
מ-$a + b = 0$ ו-$a - b = 0$ נובע $a = 0, b = 0$. גם $c = 0$. לכן $\ker(T) = \{0\}$.
$T$ **חד-חד-ערכית** כי הגרעין טריוויאלי.
**מציאת $\operatorname{Im}(T)$:**
על פי משפט הדרגה-אפס: $\dim(\operatorname{Im}(T)) = \dim(\mathbb{R}_2[x]) - \dim(\ker(T)) = 3 - 0 = 3$.
נמצא את התמונות של איברי הבסיס הסטנדרטי $\{1, x, x^2\}$:
$$T(1) = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}, \quad T(x) = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}, \quad T(x^2) = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}.$$
שלוש המטריצות הללו בלתי תלויות לינארית, לכן הן מהוות בסיס ל-$\operatorname{Im}(T)$.
כל מטריצה בתמונה היא מהצורה $\begin{pmatrix} \alpha & \beta \\ 0 & \gamma \end{pmatrix}$, ואכן:
$$\operatorname{Im}(T) = \left\{\begin{pmatrix} \alpha & \beta \\ 0 & \gamma \end{pmatrix} \,\middle|\, \alpha, \beta, \gamma \in \mathbb{R}\right\}$$
זהו מרחב המטריצות המשולשיות העליונות מסדר $2$, ממימד $3$.
$T$ **אינה על** כי $\dim(\operatorname{Im}(T)) = 3 < 4 = \dim(M_2(\mathbb{R}))$. $\blacksquare$
תהי T:R2[x]→M2(R) המוגדרת על ידי T(a+bx+cx2)=(a+b0ca−b). מצאו את ker(T) ואת Im(T), וקבעו אם T חד-חד-ערכית ואם T על.
העתק שאלה
שתף שאלה
סמן כחשוב
סמן כבוצע
שאלה שנוצרה על-ידי AI בסגנון אוניברסיטת תל אביב
★★★★★
העתקה לינאריתגרעיןתמונהמימדחד-חד-ערכיעלבסיס
לגרעין: פתרו את המערכת a+b=0,c=0,a−b=0. לתמונה: בדקו אילו מטריצות ב-M2 מתקבלות — שימו לב לכניסה A21.
**מציאת ker(T):**
T(a+bx+cx2)=0 אם ורק אם: a+b=0,c=0,a−b=0. מ-a+b=0 ו-a−b=0 נובע a=0,b=0. גם c=0. לכן ker(T)={0}.
Tחד-חד-ערכית כי הגרעין טריוויאלי.
**מציאת Im(T):**
על פי משפט הדרגה-אפס: dim(Im(T))=dim(R2[x])−dim(ker(T))=3−0=3.
נמצא את התמונות של איברי הבסיס הסטנדרטי {1,x,x2}: T(1)=(1001),T(x)=(100−1),T(x2)=(0010).
שלוש המטריצות הללו בלתי תלויות לינארית, לכן הן מהוות בסיס ל-Im(T).
כל מטריצה בתמונה היא מהצורה (α0βγ), ואכן: Im(T)={(α0βγ)α,β,γ∈R} זהו מרחב המטריצות המשולשיות העליונות מסדר 2, ממימד 3.