Matrixdarstellung

Matrixdarstellung

Beschreibe eine lineare Abbildung f:V→W durch eine Matrix

(1) V endlichdimensional mit Basis B={b1,…,bn}
(2) W endlichdimensional mit Basis C={c1,…,cm}
Diagramm 1:

V→fWKB↓↓KCKn→fB,CKm

Diagramm 2 (Alternativer Pfad):

V→fWKB−1↑↓KCKn→fB,CKm

(Der gestrichelte Pfeil im Originalbild deutet den alternativen Pfad von Kn über V und W nach Km an)

Es gilt fB,C=KC∘f∘KB−1.

Idee: fB,C(ei)=KC(f(KB−1(ei)))=KC(f(bi)) ist die i-te Spalte von fB,C, wobei ei∈Kn der i-te Standardbasisvektor ist.

Definition (Darstellende Matrix)

Die Matrix

fB,C:=[KC(f(b1))KC(f(b2))…KC(f(bn))]∈Km,n

heißt die darstellende Matrix von f bzgl. B und C oder auch Matrixdarstellung von f bzgl. B und C.

Satz 2

Sei f:V→W linear, wobei V,W endlichdimensionale Vektorräume mit Basen B und C sind. Dann gilt für jeden Vektor v∈V

KC(f(v))=fB,CKB(v),

also KC∘f=fB,CKB, d. h.

fB,C=KC∘f∘KB−1.

Transformationsmatrix

Vorüberlegungen

Sei V ein K-Vektorraum mit den Basen
B1={b1,…,bn} und B2={b1′,…,bn′}.

Wie rechnet man die Koordinaten für verschiedene Basen B1 und B2 des K-Vektorraums V ineinander um?

Es gilt: idB1,B2=KB2∘KB1−1.

Bestimmung von idB1,B2

Es gilt:

idB1,B2(ei)=KB2(KB1−1(ei))=KB2(bi)

ist die i-te Spalte von idB1,B2, wobei ei∈Kn der i-te Standardbasisvektor ist.

Satz 3 (Koordinatenvektor bei Basiswechsel)

Sei V ein endlichdimensionaler Vektorraum mit Basis B1 und Basis B2. Dann gilt für alle v∈V

v→B2=idB1,B2v→B1,

d. h., bei Basiswechsel wird der Koordinatenvektor mit der Matrixdarstellung der Identität multipliziert. idB1,B2 heißt auch Basiswechselmatrix oder Basisübergangsmatrix oder Transformationsmatrix.

Satz 4 (Darstellende Matrix bei Basiswechsel)

Sei f:V→W linear, B1,B2 Basen von V und C1,C2 Basen von W. Dann gilt

fB2,C2=idC1,C2fB1,C1idB2,B1.

d. h., wir erhalten die neue Matrixdarstellung aus der alten, indem wir mit den entsprechenden Basiswechselmatrizen multiplizieren.

Darstellende Matrix bei Basiswechsel

Bisher: fB2,C2=KC2∘f∘KB2−1
!AnaI LinA Ing Skript, p.128

Satz 4 (Darstellende Matrix bei Basiswechsel)

Sei f:V→W linear, B1,B2 Basen von V und C1,C2 Basen von W. Dann gilt

fB2,C2=idC1,C2fB1,C1idB2,B1.

d. h., wir erhalten die neue Matrixdarstellung aus der alten, indem wir mit den entsprechenden Basiswechselmatrizen multiplizieren.