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Autor Tema: Polinomio Mínimo (algunas cuestiones).  (Leído 205 veces)
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athair
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« : 11/04/2012, 01:27:48 am »

Hola, quería dejar un par de preguntas sobre una lectura de la parte de "Polinomio Mínimo" (libro Birkhoff-McLane):

Empieza explicando que en un espacio vectorial de dimensión n, no hay más de matrices linealmente independientes.

Después, forma un polinomio en T (tranformación T) tal como , y arguye que, puesto que matrices serían linealmente dependientes, ello conduce a la anulación de un polinomio similar al anterior.



Tengo la siguiente pregunta: suponiendo que el espacio vectorial es E, de dimensión 3; el que haya matrices independientes, ello implica que, dado un vector fijo en V, sus transformados por dichas 9 matrices serían linealmente independientes.

Idem. para un espacio vectorial bidimensional, en el que para un vector fijo , las 4 matrices linealmente independientes generarían, vía los 4 transformados del antedicho vector, un conjunto de 4 vectores linealmente independientes.

Es todo esto correcto? (y si lo fuera, cuál sería el sentido de contar con, digamos 9 vectores l.i, en el primer caso (v.g un espacio de dimensión 3); así como con 4 vectores l.i, en el segundo caso (dim 2)?

Bueno, gracias a todos!!
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el_manco
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« Respuesta #1 : 11/04/2012, 03:57:51 am »

Hola


Tengo la siguiente pregunta: suponiendo que el espacio vectorial es E, de dimensión 3; el que haya matrices independientes, ello implica que, dado un vector fijo en V, sus transformados por dichas 9 matrices serían linealmente independientes.

Idem. para un espacio vectorial bidimensional, en el que para un vector fijo , las 4 matrices linealmente independientes generarían, vía los 4 transformados del antedicho vector, un conjunto de 4 vectores linealmente independientes.

No, eso no es correcto. Que las matrices esan independientes indica que son linealmente independientes como elementos del espacio vectorial de matrices . Como bien razonas tu mismo después en un espacio de dimensión no puede haber nueve vectores independientes.

Saludos.
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athair
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« Respuesta #2 : 11/04/2012, 05:08:01 am »

Gracias por la respuesta!! Bueno, por ahora, solo atinaría a hacer un par de preguntas adicionales.


Por un lado:1) en un espacio de matrices 2*2, digamos , podría ser que las 4 matrices linealmente independientes fueran aquellas cuatro que surgen de tener el número 1 en las distintas posiciones; ej.: , ;etc.?



Por otro lado (algo más fundamental):2) suponiendo un espacio vectorial de dimensión 2; el mismo tendrá un espacio con 4 matrices linealmente independientes.

La pregunta es la siguiente (no estoy seguro de que la conexión entre ambas cuestiones sea visible, pero en fin):

Dada una matriz (o transformación) fija T, las sucesivas potencias de la misma son linealmente independientes?

Lo mismo valdría para las, también 4, potencias sucesivas siguientes: ?

Gracias!!
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el_manco
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« Respuesta #3 : 11/04/2012, 06:48:00 am »

Hola

Cita
Por un lado:1) en un espacio de matrices 2*2, digamos , podría ser que las 4 matrices linealmente independientes fueran aquellas cuatro que surgen de tener el número 1 en las distintas posiciones; ej.: , ;etc.?

Esas cuatro matrices son linealmente independientes; pero cuando dices "las 4 matrices" parece que pensaras que sólo hay cuatro matrices independientes. Hay infinitos conjuntos de cuatro matrices linealmente independientes. Fíjate que el espacio vectorial de matrices reales es isomorfo a , de manera que trabajar con una matriz equivale a trabajar con el vector . Ahora simplemente analiza que grupos de cuatro vectores en son linealmente independientes.

Cita
Dada una matriz (o transformación) fija T, las sucesivas potencias de la misma son linealmente independientes?

Lo mismo valdría para las, también 4, potencias sucesivas siguientes: ?

Obviamente no tienen porque ser independientes (basta que tomes como ejemplo). Pero de hecho te probarán en el libro que estás siguiendo que en un espacio vectorial de dimensión , siempre son linealmente dependientes.

Saludos.
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« Respuesta #4 : 11/04/2012, 06:32:52 pm »

Gracias!!! Lo del isomorfismo entre vectores de y matrices de me resulta más que bueno!!!

Pasando al tema siguiente: me pregunto si la proposición pudiera enmendarse del siguiente modo "las potencias   de una transformación T, son linealmente independientes, salvo cuando T es la identidad: ."

Más allá de eso, yendo al punto de que matrices serán linealmente dependientes, se me ocurren algunas cuestiones.

1) (esto relaciona de algún modo algo que ya se ha tratado antes, con algo más reciente, por así decir) Si para un espacio vectorial de dimensión n, , hay matrices linealmente independientes (cuya i.l. puede obtenerse por isomorfismo con la propia para vectores de un ) y, al mismo tiempo, son linealmente dependientes de modo tal que esto último permite formar un polinomio en T que se anula: v.g :

se me ocurre que podría decirse que: a una sucesión de potencias en T de grados sucesivos (empezando en 0 y hasta una potencia de grado , lo que daría términos/potencias), le corresponde un conjunto único de coeficientes (cada uno para cada término, ó para de los términos; o sea, todos salvo el último, para tener u polinomio mónico) tales que, existe una correspondencia entre los mismos, por un lado, y la anulación del polinomio en cuestión.

2) Pero aún si ello fuera cierto, me queda la duda acerca de qué ocurre en relación a, por un lado: los (tan sólo) n vectores linealmente independientes del espacio vectorial asociado y la relación de dependencia lineal entre las matrices de .

Se me ocurre algo así como lo que alguna vez leyera sobre el concepto de homomorfismo (v.g: una correspondencia pluriunívoca: en este caso, como si hubiera más de un conjunto de matrices l.i. tales que respetaran la independencia lineal de los n-vectores l.i de V.

No veo de dónde podría surgir la confusión conceptual (el libro da el ejemplo de una matriz nilpotente; pero hasta donde logro comprender, la matriz nilpotente que elije o utiliza es de por sí un caso especial: usa una matriz nilpotente T tal que para un espacio vectorial de dimensión h: ; de modo que, hasta donde logro entender, barre con ciertas cuestiones que surgirían en un tratamiento más general del tema.) Si todos los casos pudieran reducirse (algebraicamente, etc.) al caso de una matriz nilpotente como la presentada por el libro, pese a que todavía tendría que ver cómo sería ello posible...me quedarìa más claro; pero el libro no se refiere a esta posibilidad (al menos, no explicitamente).


Bueno, saludos!!
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« Respuesta #5 : 12/04/2012, 05:59:17 am »

Hola

Pasando al tema siguiente: me pregunto si la proposición pudiera enmendarse del siguiente modo "las potencias   de una transformación T, son linealmente independientes, salvo cuando T es la identidad: ."

No. Esto es falso también. Hay muchas otras matrices para las cuales son linealmente dependientes. Por ejemplo para , . Una vez que estudies toda la teoría del polinomio mínimo entenderás porqué.

Cita
se me ocurre que podría decirse que: a una sucesión de potencias en T de grados sucesivos (empezando en 0 y hasta una potencia de grado , lo que daría términos/potencias), le corresponde un conjunto único de coeficientes (cada uno para cada término, ó para de los términos; o sea, todos salvo el último, para tener u polinomio mónico) tales que, existe una correspondencia entre los mismos, por un lado, y la anulación del polinomio en cuestión.


Me parece una reflexión extraña; poco natural. Pero además es falsa. Si tomas por ejemplo hay muchos coeficientes distintos que cumplen:



Nota además que como te probarán en tu libro, potencias consecutivas de una matriz (es decir menos incluso que ) cuadrada de orden son siempre dependientes. La relación de dependencia nos la da su polinomio característico (¿sabes lo qué es?). Esto es consecuencia del Teorema de Cayley-Hamilton.

Cita
2) Pero aún si ello fuera cierto, me queda la duda acerca de qué ocurre en relación a, por un lado: los (tan sólo) n vectores linealmente independientes del espacio vectorial asociado y la relación de dependencia lineal entre las matrices de .

Se me ocurre algo así como lo que alguna vez leyera sobre el concepto de homomorfismo (v.g: una correspondencia pluriunívoca: en este caso, como si hubiera más de un conjunto de matrices l.i. tales que respetaran la independencia lineal de los n-vectores l.i de V.

No veo de dónde podría surgir la confusión conceptual (el libro da el ejemplo de una matriz nilpotente; pero hasta donde logro comprender, la matriz nilpotente que elije o utiliza es de por sí un caso especial: usa una matriz nilpotente T tal que para un espacio vectorial de dimensión h: ; de modo que, hasta donde logro entender, barre con ciertas cuestiones que surgirían en un tratamiento más general del tema.) Si todos los casos pudieran reducirse (algebraicamente, etc.) al caso de una matriz nilpotente como la presentada por el libro, pese a que todavía tendría que ver cómo sería ello posible...me quedarìa más claro; pero el libro no se refiere a esta posibilidad (al menos, no explicitamente).


Francamente no entiendo con claridad cual es tu pregunta.

Saludos.
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« Respuesta #6 : 12/04/2012, 03:42:10 pm »

Gracias por responder !!!(mis disculpas por lo estrambótico de muchos pasajes!).

He probado con la matriz . El polinomio de sus potencias conduce a la siguiente matriz:


; lo que conduce a las siguientes ecuaciones:


                           .



Restando la primera de la segunda, quedaría: .


Un conjunto de coeficientes solución podría ser: ; Reemplazando estos valores en la primera ecuación, da el valor faltante .


Otro conjunto de coeficientes solución podría ser el siguiente: .

Comprendo así, que hay varios conjuntos posibles de coeficientes que satisfacen el sistema y, por ello, anulan al polinomio en cuestión. Ergo, varios polinomios (del mismo grado, por lo pronto) que se anulan en T.

Hago un par de preguntas, aquí:


1) Suponiendo que lo mismo pasara al imponer la condición de que los polinomios en T sean mónicos (para adecuarse a la definición de polinomio mínimo): una vez que se halla algún conjunto de coeficientes solución, de ahí en más cómo se llega a la matriz asociada del polinomio?


1-b) Por lo pronto, me doy cuenta de que para encontrar la matriz asociada (del polinomio mínimo) no es posible disponer de más de n potencias, si el espacio es de dimensión n (bastante menos que las de que habla el libro en alguna parte. De aquí, que me queda la duda de si este último número, garantiza la existencia del polinomio en cuestión (y sólo eso). Se me ocurre algo elemental: buscar un polinomio del que el primero (el ligado a los coeficientes que resuelven el sistema de ecuaciones...etc.) sea múltiplo, y tal que tenga n potencias: es decir, tratar de factorizar el polinomio


2) Cada conjunto de coeficientes solución tendrá una matriz asociada propia (distinta de la correspondiente a los polinomios formados por/para otros conjuntos de coeficientes solución)?


Un saludo y gracias!!!

pd: en el libro, se deduce el polinomio característico de la matriz asociada del polinomio mínimo (explica, en la misma sección, que el polinomio mínimo es divisor de todos los otros polinomios nulos en T; si no me equivoco...). (podría ser un enfoque?).

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« Respuesta #7 : 13/04/2012, 06:23:03 am »

Hola

Cita
1) Suponiendo que lo mismo pasara al imponer la condición de que los polinomios en T sean mónicos (para adecuarse a la definición de polinomio mínimo): una vez que se halla algún conjunto de coeficientes solución, de ahí en más cómo se llega a la matriz asociada del polinomio?

No estoy seguro de a que te refires con matriz asociada a un polinomio. Efectivamente fijado un polinomio mónico se le puede asociar una matriz (la tienes aquí escrita en la página 2) que corresponde a una matriz cuyo polinomio característico es el polinomio de partida. Pero sé si te referías a eso. No sé a donde quieres ir aparar con esa pregunta.

Cita
1-b) Por lo pronto, me doy cuenta de que para encontrar la matriz asociada (del polinomio mínimo) no es posible disponer de más de n potencias, si el espacio es de dimensión n (bastante menos que las de que habla el libro en alguna parte. De aquí, que me queda la duda de si este último número, garantiza la existencia del polinomio en cuestión (y sólo eso). Se me ocurre algo elemental: buscar un polinomio del que el primero (el ligado a los coeficientes que resuelven el sistema de ecuaciones...etc.) sea múltiplo, y tal que tenga n potencias: es decir, tratar de factorizar el polinomio

De nuevo no estoy seguro de que quieres decir con esta pregunta. Hablas de encontar la matriz asociada el polinomio mínimo. Pero lo que suele hacerse es más bien lo contrario: dada una matriz hallar su polinomio mínimo.

Cita
2) Cada conjunto de coeficientes solución tendrá una matriz asociada propia (distinta de la correspondiente a los polinomios formados por/para otros conjuntos de coeficientes solución)?

Más de lo mismo.

Saludos.
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« Respuesta #8 : 13/04/2012, 03:29:11 pm »

Hola, gracias por la respuesta!

Por matriz asociada quiero decir matriz asociada del polinomio mínimo (de una matriz dada).

Representa el hecho de que cada vector de la base (formada con) de los transformados, de un vector dado, por las sucesivas potencias de la matriz inicial, tiene como imagen el vector sucesivo de la misma base. De ahí, lo de los escalares 1 en la diagonal que le sigue a la diagonal principal (ej. visible en la hoja 2 del pdf que adjuntas!).

__________________________________________________________________

La pregunta en torno a la matriz asociada, era más o menos la siguiente:

-Dada una matriz A, encuentro el polinomio mínimo (supongamos, algún polinomio irreducible) de la misma. Luego, se me ocurría, las potencias de implicadas en dicho polinomio, deberían formar una base al aplicarse a algún vector de E; entonces, al representar esta base (de transformados) se obtendría (según he podido comprender hasta aquí...) la matriz asociada (del polinomio mínimo: asociada en cuanto que los componentes de éste, generan imágenes de un vector de E, tales que forman una base).

___________________________________________________________________

Cambiando de tema, trataré de reformular un parte de la pregunta 1-b anterior (la más importante de las que hice).

-Es correcto (quizás, trivial) afirmar que, supuesto encontrado un polinomio de de grado (por ej) que se anule, la cuestión del polinomio mínimo podría consistir en la factorización del mismo (hasta encontrar cierto factor irreducible)?



Bueno, gracias nuevamente y un saludo!!!

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« Respuesta #9 : 14/04/2012, 07:11:38 am »

Hola

 ¡Ah! Lo que llamas matriz asociada del polinomio mínimo es la forma de Jordan, entiendo.

 En cuanto a tu segunda pregunta, efectivamente si un polinomio anula a entonces, el polinomio mínimo de divide a ese polinomio, es factor del mismo. Ahora te empeñas en hablar de polinomios de grado . En realidad tenemos asegurado un polinomio de grado n que anula a : el polinomio característico.

Saludos.
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« Respuesta #10 : 14/04/2012, 01:57:42 pm »

Gracias!!!

A título informativo: por matriz asociada me refiero a la matriz implicada en tu anterior frase: "Efectivamente fijado un polinomio mónico se le puede asociar una matriz (la tienes aquí escrita en la página 2)". La misma es igual a la que el libro de Birkhoff denomina matriz asociada.

Lo que no comprendo (aún) es la última fila. Si los transformados forman una base, entonces pueden representarse del siguiente modo , de modo que T al aplicarse sobre cada uno de ellos, conduce al posterior: ej. aplicar , es decir , y esto da como primer vector de cierta matriz a ; y así sucesivamente. La cuestión es qué sucede para llegar a la última fila siguiente .
___________________________________________________________________

De todas maneras, mi intención de abordar este tema se relacionaba en buena parte con lo siguiente:

Dada una descomposición de una transformación T, como suma directa de subespacios invariantes (subespacios nulos de ciertos factores polinomicos irreducibles de la transformación T), estando la invariancia de tales en que al aplicar T a los mismos, se obtiene como imagen un vector del mismo subespacio ; v.g  : por ejemplo, al aplicar T al subespacio invariante propio de un autovector , se obtiene como imagen un múltiplo del mismo ...

La pregunta es: esos múltiplos que se dan como imágenes en dichos subespacios no guardan relación con  las llamadas Homotecias (v.g transformaciones de la forma ) (homotecias que se presentan, entre otras cosas, en la cuestión de los puntos proyectivos como relaciones/clases de equivalencia )?

Bueno, un saludo y gracias (aprecio la gran paciencia que se me tiene!!)!!!

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« Respuesta #11 : 16/04/2012, 06:01:37 am »

Hola

Lo que no comprendo (aún) es la última fila. Si los transformados forman una base, entonces pueden representarse del siguiente modo , de modo que T al aplicarse sobre cada uno de ellos, conduce al posterior: ej. aplicar , es decir , y esto da como primer vector de cierta matriz a ; y así sucesivamente. La cuestión es qué sucede para llegar a la última fila siguiente .

Si tomas

 

tienes




     




 si pretendemos que el polinomio mínimo de sea tiene que cumplirse que:



 y por tanto:



 De ahí la última fila de la matriz.

Saludos.
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« Respuesta #12 : 16/04/2012, 01:59:33 pm »

Gracias!!!
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