Liniaritate (matematică)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În matematică , liniaritatea este o relație între două sau mai multe entități matematice. Intuitiv, două mărimi sunt în relație liniară dacă există o formă de proporționalitate directă între ele.

De exemplu, legea se corelează liniar Și : de sine dublu, de asemenea duble. Cu toate acestea, semnificația exactă a termenului „liniaritate” depinde de contextul în care este folosit termenul.

Relația liniară între vectori

În algebră , n vectori aparținând unui spațiu vectorial definit pe corp sunt liniar dependente dacă există o relație între ele, cum ar fi:

unde este nu sunt toate nule. [1] Dacă în schimb egalitatea este satisfăcută numai pentru vectorii sunt liniar independenți. Dacă un transportator poate fi scris astfel:

asa de este o combinație liniară de vectori . În special, spațiul combinații liniare de vectori preia numele subspaiului generat de acești vectori și este un subspatiu vectorial al spațiului din care fac parte acești vectori. Este imediat să se demonstreze că un vector este o combinație liniară de dacă și numai dacă transportatorii sunt liniar dependente.

Aplicații liniare

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Transformarea liniară .

O aplicatie definit de a - spațiu vectorial la o -spaţiu este liniar dacă, pentru orice pereche de elemente Și aparținând pe care acționează funcția și pentru fiecare pereche de scalari Și pentru care această funcție poate fi multiplicată, relația deține:

În general, o aplicație care păstrează legile de compoziție între două seturi cu aceeași structură se numește homomorfism . Conform structurii definite pe aceste seturi, vorbim deci de omomorfismul grupurilor , inelelor , spațiilor vectoriale și algebrelor .

O funcție în variabile (unde i Sunt -spatii vectoriale) care este liniara in toate variabilele sale:

se numește multiliniar . De exemplu, produsul punct euclidian este o formă biliniară .

Ecuatii lineare

Ecuații algebrice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: ecuație liniară .

O ecuație algebrică în n necunoscute se spune că este liniar dacă are forma:

unde coeficienții (constanți) nu sunt toate nule. În mod echivalent, o ecuație algebrică în necunoscut este liniar dacă există un vector , unde este este un câmp și un element astfel încât să puteți scrie:

Simbolul denotă produsul scalar obișnuit definit pe spațiu .

O ecuație liniară poate sau nu admite soluții în funcție de câmpul căruia trebuie să îi aparțină componentele . O ecuație liniară admite întotdeauna soluții în câmpul rațional dacă coeficienții sunt raționali , sau în câmpul real dacă coeficienții sunt reali. Aceste soluții sunt obținute prin setarea ca parametru a tuturor necunoscutelor, cu excepția celei pentru care este rezolvată. De exemplu, dacă ecuația de mai sus admite setul de soluții:

unde parametrii liberi au fost definiți .

Sisteme de ecuații

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Set de ecuații liniare .

Un sistem liniar de ecuații algebrice este o colecție de m ecuații liniare, fiecare în n necunoscute , ale căror soluții sunt soluții ale tuturor ecuațiilor sistemului. În mod echivalent, setul de soluții al sistemului este intersecția seturilor de soluții ale tuturor ecuațiilor. Fiecare sistem liniar poate fi asociat cu o matrice in marime , al cărui element reprezintă coeficientul de j- th ecuația în th necunoscut j-. Daca atunci este n -vector care are ca componente necunoscutele și este m -vectorul termenilor cunoscuți, întregul sistem poate fi scris:

care este echivalent cu:

Un astfel de sistem poate fi imposibil dacă nu admite soluții, determinat dacă admite o singură soluție și nedeterminat dacă admite mai multe soluții. Dacă câmpul în care se caută necunoscutele are o cardinalitate infinită, un sistem nedeterminat admite soluții infinite: acest lucru se datorează faptului că setul de soluții ale unui sistem liniar este un subspatiu afin al . Mai precis:

în special spațiul dintre soluțiile sistemului omogen asociat este un spațiu vectorial, deoarece:

Există o teoremă care leagă rangul matricei cu solvabilitatea sistemului.

Ecuatii diferentiale

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: ecuația diferențială liniară .

O ecuație diferențială obișnuită este liniară dacă are forma:

cu cineva .

În acest caz, liniaritatea ecuației este exprimată prin faptul că diferitele derivate ale toate apar în gradul I (sau gradul zero). Termenul „liniar” este motivat de faptul că operatorul:

este liniar, adică dacă este soluție de Și este soluție de asa de este soluție de . Cu alte cuvinte, relația deține:

Locuri geometrice

Reprezentarea carteziană a unei ecuații liniare în n necunoscute este un hiperplan n-1- cufundat în n- spațiu. De exemplu, ecuația:

identifică o linie dreaptă pe plan (x, y), în timp ce în ecuație:

corespunde unui plan din spațiu (x, y, z). Aceste ecuații se spun sub formă implicită , unde formele explicite corespunzătoare ar fi:

în ceea ce privește coordonata y și:

în ceea ce privește coordonata z .

Notă

  1. ^ Vectorul nul este liniar dependentă , deoarece relația este valabilă .

Bibliografie

  • Serge Lang, Algebra liniară, Torino, Bollati Basic Books, 1992, ISBN 88-339-5035-2 .
  • (EN) Kenneth Hoffman, Ray Kunze, Linear Algebra , ediția a II-a, Englewood Cliffs, NJ, Prentice - Hall, inc., 1971, ISBN 0-13-536821-9 .
  • ( EN ) Arfken, G. "O a doua soluție". §8.6 în Metode matematice pentru fizicieni , ed. A III-a. Orlando, FL: Academic Press, pp. 467-480, 1985.

Elemente conexe

Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică