Dadas as transformações lineares T: R^n R^m, definidas por:
T(x, y)=(x+y, x, 2 y).
determine:
i) o núcleo de T, uma base para este subespaço e sua dimensão. T é injetora?
ii) o espaço imagem de T, uma base para este subespaço e sua dimensão. T é sobrejetora?
iii) para os operadores invertíveis, determine o isomorfismo inverso.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de transformações lineares juntos! A questão nos dá uma transformação linear definida por . Vamos precisar entender conceitos como núcleo, imagem, injetividade e sobrejetividade para resolver as partes i, ii e iii.

Passo 2

Primeiro, vamos encontrar o núcleo de T(x, y) = (x + y, x, 2y) = (0, 0, 0) . O núcleo é o conjunto de todos os vetores x + y = 0 x = 0 2y = 0 em que são mapeados para o vetor zero em . Ou seja, precisamos resolver:
Isso nos dá o sistema de equações:

Passo 3

Resolvendo o sistema:
Da segunda equação, 0 + y = 0 Rightarrow y = 0 . Substituindo na primeira equação:
E da terceira equação, já vimos que . Então, o único vetor no núcleo é .

Passo 4

Então, o núcleo de é apenas o vetor zero. Logo, uma base para o núcleo é o conjunto vazio (já que só temos o vetor zero), e a dimensão do núcleo é 0.

Passo 5

Agora, vamos verificar se é injetora. Uma transformação linear é injetora se e somente se o núcleo contém apenas o vetor zero. Como mostramos que o núcleo de é , concluímos que é injetora.

Passo 6

Vamos para a parte ii: encontrar o espaço imagem de T(1, 0) = (1 + 0, 1, 0) = (1, 1, 0) . A imagem é o conjunto de todos os vetores em T(0, 1) = (0 + 1, 0, 2) = (1, 0, 2) que podem ser escritos como .
Podemos expressar isso como combinações lineares das imagens dos vetores da base padrão de :

Passo 7

Portanto, o espaço imagem é gerado pelos vetores 1 & 1 1 & 0 0 & 2 e . Para encontrar uma base, verificamos se esses vetores são linearmente independentes.
Calculamos o determinante da matriz formada por esses vetores:
Como não há um determinante 2x2 para 3 vetores, observamos que os vetores são linearmente independentes porque nenhum é múltiplo do outro.

Passo 8

Então, uma base para o espaço imagem de é , e a dimensão do espaço imagem é 2.

Passo 9

Agora, vamos verificar se é sobrejetora. Para ser sobrejetora, o espaço imagem precisa ser igual a . Porém, vimos que a dimensão do espaço imagem é 2, que é menor que a dimensão de . Portanto, não é sobrejetora.

Passo 10

Finalmente, na parte iii, precisamos determinar o isomorfismo inverso para operadores invertíveis. Já que é uma transformação de para e não é sobrejetora, ela não é invertível. Portanto, não existe um isomorfismo inverso para .

Resposta

i) O núcleo de é , com uma dimensão igual a 0. é injetora.
ii) O espaço imagem de tem base e dimensão 2. não é sobrejetora.
iii) Não existe isomorfismo inverso para , pois não é invertível.

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