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Hallar una base y una dimensión para un subespacio de matrices simétricas

Pregunta:

Sea $\mathbb{F}$ sea $\mathbb{Z}_7$ . Sea $A=\begin{bmatrix} 2 & 5\\ 5 & 3 \end{bmatrix} \in M_{2\times 2}( F)$ .

Sea $W=\left\{B\in M_{2\times 2}( F)\Bigl|( AB)^{t} =AB\right\}$ sea un subespacio sobre $\mathbb{F}$ .

Encuentre una base y una dimensión para $W$ .


Mi intento:

$Solution.$

$\text{By the given information we have the following: }$ \begin{gather*} AB=\begin{bmatrix} 2 & 5\\ 5 & 3 \end{bmatrix} \cdotp \begin{bmatrix} a & b\\ c & d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2a+5c & 2b+5d\\ 5a+3c & 5b+3d \end{bmatrix} \\ \fin \begin{gather*} AB^{t} =\begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 2b+5d & 5b+3d \end{bmatrix} \\ \fin $\text{By W's condition we get:}$

\begin{gather*} AB^{t} =AB\Longrightarrow \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 2b+5d & 5b+3d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2a+5c & 2b+5d\\ 5a+3c & 5b+3d \end{bmatrix} \\ \\ \Flecha larga 2b+5d = 5a+3c \\ \Flecha larga d=5a+3c-2b}{5} =a+3c-2b}{5} =a+3c+overbrace{7c}^{0} -2b+overbrace{7b}^{0}{5} =a+2c+b \fin $\text{So $ AB $ is depends on 3 free-parameters:}$ \begin{equation*} \begin{aligned} AB=\begin{bmatrix} 2a+5c & 2b+5d\\ 5a+3c & 5b+3d \end{bmatrix} & & = & & \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 5a+3c & 5b+3( a+2c+b) \end{bmatrix} \\ & & & & \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 5a+3c & 5b+3a+6c+3b \end{bmatrix} \\ & & & & \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 5a+3c & 8b+3a+6c \end{bmatrix} \\ & & & & \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 5a+3c & b+3a+6c \end{bmatrix} \end{aligned} \end{equation*} $\text{We take all the paramaters out of the marices, so we can get the basis vectors.}$

$\text{We get the following:}$

\begin{equation*} \begin{bmatrix} 2a+5c & 5a+3c\\ 5a+3c & b+3a+6c \end{bmatrix} =a\cdotp \begin{bmatrix} 2 & 5\\ 5 & 3 \end{bmatrix} +b\cdotp \begin{bmatrix} 0 & 0\\ 1 & 0 \end{bmatrix} +c\cdotp \begin{bmatrix} 5 & 3\\ 3 & 6 \end{bmatrix} \end{equation*} $\text{Which isomorphic to the following vectors: }$ \begin{equation*} ( 2,5,5,3) ,( 0,0,1,0) ,( 5,3,3,6) \end{equation*} $\text{respectively.}$

$\text{Now, we shall check whether those vectors are linear independent. }$

\begin{gather*} \begin{bmatrix} 2 & 5 & 5 & 3\\ 0 & 0 & 1 & 0\\ 5 & 3 & 3 & 6 \end{bmatrix} \xflecha derecha[ \begin{array}{l} \mathcal{L}_{3} +\mathcal{L}_{1}\rightarrow \mathcal{L}_{3}\\ \end{array}]{}\begin{bmatrix} 2 & 5 & 5 & 3\\ 0 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 1 & 2 \end{bmatrix}\xrightarrow[\mathcal{L}_{1} -5\mathcal{L}_{3}\rightarrow \mathcal{L}_{1}]{} \begin{bmatrix} 2 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 1 & 2 \end{bmatrix} \\ \\ \xflecha derecha[ \begin{array}{l} \frac{\mathcal{L}_{1}}{2}\rightarrow \mathcal{L}_{1}\\ \mathcal{L}_{3} -\mathcal{L}_{2}\rightarrow \mathcal{L}_{3} \end{array}]{}\mathcal{\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 1 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 2 \end{bmatrix}}\xrightarrow[\mathcal{L}_{3}\leftrightarrow \mathcal{L}_{2}]{}\mathcal{ \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0\\ 0 & 1 & 0 & 2\\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{bmatrix}} \end{gather*} $\text{Therefore, the vectors are linear independent, so they are basis of $ \Estilo de visualización W $, }$ $\text{and since we have 3 linear independent vectors, we conclude that:}$ \begin{equation*} \dim W=3 \end{equation*}


Pensamientos: ¿Es correcto lo que he escrito? ¿O quizás me he perdido algo? No puedo ver si estoy bien o mal, porque no he resuelto cuestiones de encontrar una base para matrices subespacios. Estaré encantado de recibir ayuda. Gracias.

3voto

Shubham Johri Puntos 692

Eso es incorrecto. Tienes que ver qué vectores abarcan $B$ no $AB$ como $B$ es el elemento de $W$ . Así que tienes $$B=\begin{bmatrix}a&b\\c&a+b+2c\end{bmatrix}=a\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}+b\begin{bmatrix}0&1\\0&1\end{bmatrix}+c\begin{bmatrix}0&0\\1&2\end{bmatrix}$$ Puede comprobar la independencia lineal de $\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix},\begin{bmatrix}0&1\\0&1\end{bmatrix},\begin{bmatrix}0&0\\1&2\end{bmatrix}$ .

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