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Matriz de cambio de base en Álgebra Lineal, Ejercicios de Álgebra Lineal

En este documento se presenta la definición y propiedades de la matriz de cambio de base en el contexto de álgebra lineal. Se explica cómo calcularla a partir de dos bases diferentes de un espacio vectorial y se demuestran teoremas relacionados. Además, se incluyen ejemplos para ilustrar el proceso.

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 24/11/2021

juan-k-6
juan-k-6 🇪🇨

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ESCUELA POLICNICA NACIONAL
ÁLGEBR A LINEAL S EMANA 16 CLASE 01
Semestre 2020-B Departamento de Formación Básica
5. APLICACIONES LINEALES
5.6 Matriz de cambio de base
Sean Eun espacio vectorial sobre el cuerpo K,B1yB2bases del espacio vec-
torial E. A la matriz asociada a la aplicación lineal identidad en las bases B1
de salida y B2de llegada se le llama matriz de cambio de base de la base B1a
la base B2.
DEFIN IC IÓN 9: Matriz de cambio de baseDEFIN IC N 9: Matriz de cambio de base
PROPOS ICIÓN 16. Sean Eun espacio vectorial de dimensión finita, B1yB2
bases del espacio vectorial E. Si vE, entonces
[v]B2= [I]B1
B2[v]B1.
En la literatura, también se puede encontrar la definición anterior bajo el
nombre de matriz de transición y se utiliza también la notación PB2B1.
EJEMPL O 19. Una matriz de cambio de base en el espacio vectorial R1[t].
Para obtener a la matriz de cambio de base [I]B1
B2, sean
B1={1+t, 2 t}yB2={t, 1 t}
dos bases para el espacio vectorial R1[t].
Primero, calculemos las imágenes de la base de salida, tenemos:
I(1+t) = 1+tyI(2t) = 2t.
Segundo, encontremos los respectivos vectores de coordenadas en la base B2de
estas imágenes. Para no resolver dos sistemas de ecuaciones ”muy parecidos”,
vamos a expresar al vector genérico de R1[t]como una combinación lineal de los
elementos de la base B2. Es decir, hay que calcular los valores de αyβtales que
a+bt =α(t) + β(1t).
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ÁLGEBRA LINEAL • SEMANA 16 CLASE 01

Semestre 2020-B Departamento de Formación Básica

5. APLICACIONES LINEALES

5.6 Matriz de cambio de base

Sean E un espacio vectorial sobre el cuerpo K , B 1 y B 2 bases del espacio vec- torial E. A la matriz asociada a la aplicación lineal identidad en las bases B 1 de salida y B 2 de llegada se le llama matriz de cambio de base de la base B 1 a la base B 2.

DDEFINICIÓNEFINICIÓN 9: Matriz de cambio de base9: Matriz de cambio de base

PROPOSICIÓN 16. Sean E un espacio vectorial de dimensión finita, B 1 y B 2 bases del espacio vectorial E. Si v ∈ E, entonces

[v]B 2 = [I]B B^12 [v]B 1.

En la literatura, también se puede encontrar la definición anterior bajo el nombre de matriz de transición y se utiliza también la notación PB 2 ←B 1.

EJEMPLO 19. Una matriz de cambio de base en el espacio vectorial R 1 [t]. Para obtener a la matriz de cambio de base [I]B B^12 , sean

B 1 = { 1 + t, 2 − t} y B 2 = {t, 1 − t}

dos bases para el espacio vectorial R 1 [t]. Primero, calculemos las imágenes de la base de salida, tenemos:

I( 1 + t) = 1 + t y I( 2 − t) = 2 − t.

Segundo, encontremos los respectivos vectores de coordenadas en la base B 2 de estas imágenes. Para no resolver dos sistemas de ecuaciones ”muy parecidos”, vamos a expresar al vector genérico de R 1 [t] como una combinación lineal de los elementos de la base B 2. Es decir, hay que calcular los valores de α y β tales que

a + bt = α (t) + β ( 1 − t).

Departamento de Formación Básica SEMANA 16 CLASE 01

Resolviendo el sistema de ecuaciones se tiene que

α = a + b y β = a.

Por ende a + bt = (a + b)t + a( 1 − t)

o lo que es lo mismo

[a + bt]B 2 =

a + b a

Para determinar los vectores de coordenadas de las imágenes de la base de salida, reemplazamos los valores de a y b, tenemos:

[ 1 + t]B 2 =

y [ 2 − t]B 2 =

Finalmente

[I]B B^12 =

Si B 1 y B 2 son bases del espacio vectorial E, entonces

[I]B B^21 =

[I]B B^12

TTEOREMAEOREMA 1717

EJEMPLO 20. Usando las mismas bases del ejemplo 1, calcular la [I]B B^21.

Como ya conocemos a [I]B B^12 , usamos el teorema.

[I]B B^21 =

[I]B B^12

Si B 1 y B 2 son bases del espacio vectorial E; D 1 y D 2 bases del espacio vecto- rial F y T ∈ L(E, F), entonces

[T]B D^22 = [I]D D^12 [T]B D^11 [I]B B^21.

TTEOREMAEOREMA 1818