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Encontrar una base para el rango y el núcleo de $T$ .

Encontrar una base para el rango y el núcleo de $T$ .

$$A =\begin{bmatrix} 2 & 0 & -1\\ 4 & 0 & -2\\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} $$

Intento de resolver la base del rango:

Al encontrar la base del rango, sé que el rango es lo mismo que el espacio de columna. Por lo tanto, encontrar la base del espacio de columnas debería ser equivalente a encontrar la base del rango. Obtuve lo siguiente después de reducir:

$$\mathrm{Rref}(A) =\begin{bmatrix} 1 & 0 & -\frac 12\\ 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} $$

Porque sólo tengo un pivote en la columna $1$ mi columna correspondiente en el original $A$ (por lo tanto mi base para el rango), sería:

$$\mathrm{Rref}(A) =\begin{bmatrix} 2\\ 4\\ 0 \end{bmatrix} $$

La solución dada en el texto dice que en realidad debería ser así:

$$\mathrm{Rref}(A) =\begin{bmatrix} 1\\ 2\\ 0 \end{bmatrix}$$

Veo que la solución del libro sólo difiere de la mía en que su solución parece haber sido dividida por $2$ . Sin embargo, mi pregunta es: ¿por qué dividen por 2? No entiendo por qué se altera la columna original.

Intento de resolver la base del núcleo:

Al resolver para el núcleo, sé que la base del núcleo debe ser la misma que la base para el espacio nulo. A partir de la $\mathrm{Rref}(A)$ anterior, obtuve la siguiente ecuación: $(X_1) = (\frac12X_3)$ . Dejar $X_3$ igual uno, obtuve la siguiente matriz para la base del núcleo:

$$\text{Basis of Kernel} =\begin{bmatrix} \frac12\\ 0\\ 1 \end{bmatrix}$$

Esta respuesta coincide con mi solución en el texto, pero el texto también proporciona la siguiente solución: = \begin{bmatrix} 0\\ 1\\ 0 \end{bmatrix}

Supongo que esto viene de la fila cero en mi $\mathrm{Rref}(A)$ . Pero, ¿por qué se hace esto? Pensaba que el número de bases procedía del número de variables independientes en el $\mathrm{Rref}(A)$ ...

6voto

Obsérvese que si un vector $v$ abarcan un subespacio, entonces para todo $\lambda\ne 0$ , $\lambda v$ abarcan también este subespacio, por lo que en tu ejemplo tenemos $$\mathrm{Im}(A)=\mathrm{span}((2,4,0)^T)=\mathrm{span}((1,2,0)^T)=\mathrm{span}((-100,-200,0)^T)$$

Para el núcleo: Por el teorema de nulidad de rango tenemos $\dim \ker(A)=2$ y podemos ver fácilmente en la matriz $A$ (ya que la segunda columna es cero) que $(0,1,0)^T\in \ker(A)$ por lo que deberíamos encontrar otro vector en el núcleo: puesto que la primera columna de la matriz es $(-2)$ veces la tercera columna por lo que $(1,0,0)^T+2(0,0,1)^T=(1,0,2)^T\in\ker(A)$

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