Applicazioni lineari inverse

Come calcolare l'applicazione lineare inversa in algebra lineare. La spiegazione e il processo di calcolo.

Cos'è l'applicazione lineare inversa

Dati due spazi vettoriali V e W e un'applicazione lineare invertibile F.

$$ F:V \rightarrow W $$

allora l'applicazione inversa rispetto a F è

$$ S:W \rightarrow V $$

tale che

$$ S o F = Idv \wedge F o S = Idw $$

Come trovare l'applicazione inversa

Per trovare l'applicazione inversa di F, devo trovare un'applicazione lineare S che soddisfa la proprietà.

$$ S o F = Idv \wedge F o S = Idw $$

Come fare?

Secondo una proprietà delle applicazioni lineari, se un'applicazione lineare F è invertibile, allora la matrice Af associata a F è in relazione con la matrice As dell'applicazione inversa F-1 e con la matrice identità I.

$$ A_f \cdot A_s = I \\ A_s \cdot A_f = I $$

Cos'è la matrice identità? E' una matrice quadrata con gli elementi della diagonale uguali a 1 e tutti gli altri uguali a zero. $$ I = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} $$

E' quindi sufficiente calcolare la matrice inversa di Af.

Poi trasformare la matrice inversa nell'applicazione lineare S.

Come capire se una matrice inversa è invertibile? Una matrice è invertibile se ha un determinante diverso da zero. $$ det(Af) \ne 0 $$.

Un esempio pratico

In questo esercizio ho due spazi vettoriali a due dimensioni nel campo K=R.

$$ V = R^2 \\ W = R^2 $$

I due spazi vettoriali sono in relazione tra loro tramite un'applicazione lineare f.

$$ f \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2x_1 - x_2 \\ x_1 + x_2 \end{pmatrix} $$

La matrice rappresentativa dell'applicazione lineare rispetto alle basi canoniche Bv e Bw è la seguente:

$$ A_{f,Bv,Bw} = \begin{pmatrix} 2 & -1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} $$

La matrice Af è invertibile perché ha un determinante diverso da zero

$$ det(A_{f,Bv,Bw}) = 3 $$

Quindi, calcolo la matrice inversa di Af.

$$ A^{-1}_{f,Bv,Bw} = \begin{pmatrix} 1/3 & -1/3 \\ -1/3 & 2/3 \end{pmatrix} $$

Ho così ottenuto la matrice rappresentativa dell'applicazione lineare inversa f-1.

Per ottenere l'applicazione lineare inversa, moltiplico la matrice Af-1 per le incognite del sistema.

$$ f^-1 \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1/3 & -1/3 \\ -1/3 & 2/3 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1/3 x_1 & -1/3 x_2 \\ -1/3 x_1 & 2/3 x_2 \end{pmatrix} $$

Ho così calcolato l'applicazione lineare inversa f-1 ossia la controimmagine dell'applicazione lineare.

 


 

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