#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ \lyxformat 544 \begin_document \begin_header \save_transient_properties true \origin unavailable \textclass book \use_default_options true \maintain_unincluded_children false \language spanish \language_package default \inputencoding auto \fontencoding global \font_roman "default" "default" \font_sans "default" "default" \font_typewriter "default" "default" \font_math "auto" "auto" \font_default_family default \use_non_tex_fonts false \font_sc false \font_osf false \font_sf_scale 100 100 \font_tt_scale 100 100 \use_microtype false \use_dash_ligatures true \graphics default \default_output_format default \output_sync 0 \bibtex_command default \index_command default \paperfontsize default \spacing single \use_hyperref false \papersize default \use_geometry false \use_package amsmath 1 \use_package amssymb 1 \use_package cancel 1 \use_package esint 1 \use_package mathdots 1 \use_package mathtools 1 \use_package mhchem 1 \use_package stackrel 1 \use_package stmaryrd 1 \use_package undertilde 1 \cite_engine basic \cite_engine_type default \biblio_style plain \use_bibtopic false \use_indices false \paperorientation portrait \suppress_date false \justification true \use_refstyle 1 \use_minted 0 \index Index \shortcut idx \color #008000 \end_index \secnumdepth 3 \tocdepth 3 \paragraph_separation indent \paragraph_indentation default \is_math_indent 0 \math_numbering_side default \quotes_style swiss \dynamic_quotes 0 \papercolumns 1 \papersides 1 \paperpagestyle default \tracking_changes false \output_changes false \html_math_output 0 \html_css_as_file 0 \html_be_strict false \end_header \begin_body \begin_layout Standard \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset es una \series bold aplicación lineal \series default u \series bold homomorfismo de espacios vectoriales \series default si \begin_inset Formula $f(u+u')=f(u)+f(u')\forall u,u'\in U$ \end_inset y \begin_inset Formula $f(\alpha u)=\alpha f(u)\forall\alpha\in K,u\in U$ \end_inset , es decir, si \begin_inset Formula $f(\sum\alpha_{i}u_{i})=\sum\alpha_{i}f(u_{i})$ \end_inset . Ejemplos: \end_layout \begin_layout Itemize La \series bold aplicación identidad: \series default \begin_inset Formula $Id_{V}:V\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $Id_{V}(v)=v$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize La \series bold aplicación inclusión: \series default \begin_inset Formula $i:U\subseteq V\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $i(u)=u$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize La \series bold aplicación lineal nula: \series default \begin_inset Formula $0:U\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $0(u)=0$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize La \series bold homotecia de razón \begin_inset Formula $\alpha$ \end_inset : \series default \begin_inset Formula $h_{\alpha}:V\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $h_{\alpha}(v)=\alpha v$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize Las \series bold proyecciones de \begin_inset Formula $V$ \end_inset sobre \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $W$ \end_inset , \series default con \begin_inset Formula $V=U\oplus W$ \end_inset : \begin_inset Formula $p_{U}:V\rightarrow U$ \end_inset y \begin_inset Formula $p_{W}:V\rightarrow W$ \end_inset , tales que si \begin_inset Formula $v=u+w$ \end_inset con \begin_inset Formula $v\in V$ \end_inset , \begin_inset Formula $u\in U$ \end_inset y \begin_inset Formula $w\in W$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $p_{U}(v)=u$ \end_inset y \begin_inset Formula $p_{W}(v)=w$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize La aplicación \begin_inset Formula $f_{A}:K^{n}\rightarrow K^{m}$ \end_inset con \begin_inset Formula $A\in M_{m,n}(K)$ \end_inset , dada por \begin_inset Formula \[ f_{A}(v)=A\left(\begin{array}{c} |\\ v\\ | \end{array}\right) \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard Tenemos que \begin_inset Formula $f(0_{U})=0_{V}$ \end_inset , y que \begin_inset Formula $f(-u)=-f(u)$ \end_inset . Además, si \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset y \begin_inset Formula $g:V\rightarrow W$ \end_inset son aplicaciones lineales, \begin_inset Formula $g\circ f:U\rightarrow W$ \end_inset también lo es. \end_layout \begin_layout Section Aplicaciones lineales y subespacios. Núcleo e Imagen \end_layout \begin_layout Standard El \series bold núcleo \series default de \begin_inset Formula $f$ \end_inset se define como \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)=\ker(f)=f^{-1}(\{0\})$ \end_inset , y la \series bold imagen \series default de \begin_inset Formula $f$ \end_inset como \begin_inset Formula $\text{Im}(f)=\{f(u)\}_{u\in U}$ \end_inset . Si \begin_inset Formula $U'\leq U$ \end_inset entonces \begin_inset Formula $f(U')\leq V$ \end_inset , y si \begin_inset Formula $V'\leq V$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)\leq f^{-1}(V')\leq U$ \end_inset . En particular, \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)$ \end_inset e \begin_inset Formula $\text{Im}(f)$ \end_inset son espacios vectoriales, y si \begin_inset Formula $U'=\leq U$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $f(U')=$ \end_inset . \series bold Demostración: \series default Sean \begin_inset Formula $u_{1},u_{2}\in U,\alpha_{1},\alpha_{2}\in K$ \end_inset , y sean \begin_inset Formula $v_{1}=f(u_{1}),v_{2}=f(u_{2})\in f(U')$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $\alpha_{1}v_{1}+\alpha_{2}v_{2}=\alpha_{1}f(u_{1})+\alpha_{2}f(u_{2})=f(\alpha_{1}u_{1}+\alpha_{2}u_{2})\in f(U')$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $f(U')$ \end_inset es un espacio vectorial. Ahora bien, si \begin_inset Formula $V'$ \end_inset es un subespacio de \begin_inset Formula $V$ \end_inset entonces \begin_inset Formula $\{0\}\subseteq V'$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $f^{-1}(\{0\})=\text{Nuc}(f)\subseteq f^{-1}(V')$ \end_inset . Entonces si \begin_inset Formula $u_{1},u_{2}\in f^{-1}(V')$ \end_inset y \begin_inset Formula $\alpha_{1},\alpha_{2}\in K$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $f(\alpha_{1}u_{1}+\alpha_{2}u_{2})=\alpha_{1}f(u_{1})+\alpha_{2}f(u_{2})\in V'$ \end_inset , y por lo tanto \begin_inset Formula $\alpha_{1}u_{1}+\alpha_{2}u_{2}\in f^{-1}(V')$ \end_inset y \begin_inset Formula $f^{-1}(V')$ \end_inset es un espacio vectorial. \end_layout \begin_layout Standard \series bold Teorema: \series default Para \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $\dim(U)$ \end_inset finita, entonces \begin_inset Formula $\dim(U)=\dim(\text{Nuc}(f))+\dim(\text{Im}(f))$ \end_inset . \series bold Demostración: \series default Sea \begin_inset Formula $\{v_{1},\dots,v_{n}\}$ \end_inset base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $\text{Im}(f)=$ \end_inset es de dimensión finita. Ahora sea \begin_inset Formula $\{v_{1},\dots,v_{k}\}$ \end_inset base de \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)\leq U$ \end_inset , con \begin_inset Formula $k\leq n$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $f(v_{1})=\dots=f(v_{k})=0$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $\text{Im}(f)==$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $\{f(v_{k+1}),\dots,f(v_{n})\}$ \end_inset es sistema de generadores de \begin_inset Formula $\text{Im}(f)$ \end_inset . A continuación mostramos que es linealmente independiente. Sea \begin_inset Formula $0=\alpha_{k+1}f(v_{k+1})+\dots+\alpha_{n}f(v_{n})=f(\alpha_{k+1}v_{k+1}+\dots+\alpha_{n}v_{n})$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $\alpha_{k+1}v_{k+1}+\dots+\alpha_{n}v_{n}\in\text{Nuc}(f)$ \end_inset , por lo que existen \begin_inset Formula $\beta_{1},\dots,\beta_{k}$ \end_inset tales que \begin_inset Formula $\alpha_{k+1}v_{k+1}+\dots+\alpha_{n}v_{n}=\beta_{1}v_{1}+\dots+\beta_{k}v_{k}$ \end_inset . Pero entonces \begin_inset Formula $\beta_{1}v_{1}+\dots+\beta_{k}v_{k}-\alpha_{k+1}v_{k+1}-\dots-\alpha_{n}v_{n}=0$ \end_inset , y como \begin_inset Formula $\{v_{1},\dots,v_{n}\}$ \end_inset es base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset , se tiene que \begin_inset Formula $\beta_{1}=\dots=\beta_{k}=\alpha_{k+1}=\dots=\alpha_{n}=0$ \end_inset , de modo que \begin_inset Formula $\{v_{k+1},\dots,v_{n}\}$ \end_inset es linealmente independiente y por ello \begin_inset Formula $\{f(v_{k+1}),\dots,f(v_{n})\}$ \end_inset también, por lo que es base de \begin_inset Formula $\text{Im}(f)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard Llamamos \series bold rango \series default de \begin_inset Formula $f$ \end_inset a la dimensión de la imagen: \begin_inset Formula $\text{rang}(f)=\dim(\text{Im}(f))$ \end_inset . Así, dada \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset y \begin_inset Formula $\{u_{1},\dots,u_{n}\}$ \end_inset base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $f(U)=$ \end_inset y por tanto \begin_inset Formula \[ \text{rang}(f)=\dim(\text{Im}(f))=\dim()=\text{rang}(\{f(u_{1}),\dots,f(u_{n})\}) \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard Si \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset es una aplicación lineal y \begin_inset Formula $\dim(U)=\dim(V)<\infty$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula \[ f\text{ inyectiva}\iff f\text{ suprayectiva}\iff f\text{ biyectiva}\iff\text{rang}(f)=\dim(U)\iff\text{Nuc}(f)=\{0\} \] \end_inset \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $1\iff2\iff3]$ \end_inset \end_layout \end_inset Equivalen al hecho de que, para \begin_inset Formula $f:A\rightarrow B$ \end_inset con \begin_inset Formula $A$ \end_inset y \begin_inset Formula $B$ \end_inset conjuntos finitos, es lo mismo decir que \begin_inset Formula $f$ \end_inset sea inyectiva, suprayectiva o biyectiva. \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $3\iff4]$ \end_inset \end_layout \end_inset \begin_inset Formula $\text{rang}(f)=\dim(\text{Im}(U))\overset{\text{(supray.)}}{=}\text{dim}(V)$ \end_inset . Si \begin_inset Formula $f$ \end_inset no fuera suprayectiva, entonces \begin_inset Formula $\dim(\text{Im}(U))<\dim(V)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $1\implies5]$ \end_inset \end_layout \end_inset \begin_inset Formula $u\in\text{Nuc}(f)\implies f(u)=0_{V}=f(0_{U})\implies u=0_{U}$ \end_inset \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $5\implies1]$ \end_inset \end_layout \end_inset \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)=\{0\}\implies\left(f(u)=f(u')\implies0=f(u-u')\implies u-u'\in\text{Nuc}(f)\implies u=u'\right)$ \end_inset \end_layout \begin_layout Standard El homomorfismo \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset es un \series bold isomorfismo de espacios vectoriales \series default si es biyectivo, un \series bold endomorfismo \series default de \begin_inset Formula $U$ \end_inset si \begin_inset Formula $U=V$ \end_inset y un \series bold automorfismo \series default es un endomorfismo biyectivo. Ahora, dado el isomorfismo \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset , \begin_inset Formula $f^{-1}:V\rightarrow U$ \end_inset es una aplicación lineal y por tanto un isomorfismo. \series bold Demostración: \series default Consideramos \begin_inset Formula $u=f^{-1}(v)$ \end_inset y \begin_inset Formula $u'=f^{-1}(v')$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $f(u+u')=f(u)+f(u')=v+v'$ \end_inset y por tanto \begin_inset Formula $f^{-1}(v+v')=u+u'=f^{-1}(v)+f^{-1}(v')$ \end_inset . Del mismo modo, \begin_inset Formula $f(\alpha u)=\alpha f(u)=\alpha v$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $f^{-1}(\alpha v)=\alpha u=\alpha f^{-1}(v)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset son \series bold isomorfos \series default ( \begin_inset Formula $U\cong V$ \end_inset ) si existe un isomorfismo \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset . Podemos comprobar que la relación es de equivalencia, y si \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset son \begin_inset Formula $K$ \end_inset -espacios vectoriales, entonces \begin_inset Formula $U\cong V\iff\dim(U)=\dim(V)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\implies]$ \end_inset \end_layout \end_inset \begin_inset Formula $U\cong V\implies\dim(U)=\dim(\text{Nuc}(f))+\dim(\text{Im}(f))=0+\dim(V)$ \end_inset \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\impliedby]$ \end_inset \end_layout \end_inset Sean \begin_inset Formula $f:U\rightarrow K^{n}$ \end_inset y \begin_inset Formula $g:V\rightarrow K^{n}$ \end_inset isomorfismos con \begin_inset Formula $f(u)=[u]_{{\cal B}}$ \end_inset y \begin_inset Formula $g(v)=[v]_{\beta'}$ \end_inset ; entonces \begin_inset Formula $g^{-1}\circ f:U\rightarrow V$ \end_inset también es un isomorfismo. \end_layout \begin_layout Section Determinación de una aplicación lineal \end_layout \begin_layout Standard Si \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset son \begin_inset Formula $K$ \end_inset -espacios vectoriales con \begin_inset Formula ${\cal B}=\{u_{1},\dots,u_{n}\}$ \end_inset base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $v_{1},\dots,v_{n}$ \end_inset vectores cualesquiera de \begin_inset Formula $V$ \end_inset , existe una única \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset con \begin_inset Formula $f(u_{i})=v_{i}\forall i$ \end_inset , pues es aquella dada por \begin_inset Formula $f(\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{n}u_{n})=\alpha_{1}v_{1}+\dots+\alpha_{n}v_{n}$ \end_inset . Esto también se cumple para espacios de dimensión infinita. \end_layout \begin_layout Standard También, si \begin_inset Formula ${\cal B}=\{u_{i}\}_{i\in I}$ \end_inset es base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset (la cual puede ser infinita) y \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset lineal entonces: \end_layout \begin_layout Enumerate \begin_inset Formula $f$ \end_inset es inyectiva si y sólo si \begin_inset Formula $\{f(u_{i})\}_{i\in I}$ \end_inset es linealmente independiente. \end_layout \begin_deeper \begin_layout Enumerate \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\implies]$ \end_inset \end_layout \end_inset \begin_inset Formula $0=\alpha_{1}f(u_{1})+\dots+\alpha_{k}f(u_{k})=f(\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{k}u_{k})\implies\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{k}u_{k}\in\text{Nuc}(f)=\{0\}\implies\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{k}u_{k}=0\implies\alpha_{1},\dots,\alpha_{k}=0$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Enumerate \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\impliedby]$ \end_inset \end_layout \end_inset Partimos de que \begin_inset Formula $\{f(u_{i})\}_{i\in I}$ \end_inset es linealmente independiente. Sea \begin_inset Formula $u\in\text{Nuc}(f)$ \end_inset , si \begin_inset Formula $u=\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{k}u_{k}$ \end_inset entonces \begin_inset Formula $0=f(u)=\alpha_{1}f(u_{1})+\dots+\alpha_{k}f(u_{k})\implies\alpha_{i}=0\forall i\implies u=0$ \end_inset , por lo que entonces \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)=\{0\}$ \end_inset . \end_layout \end_deeper \begin_layout Enumerate \begin_inset Formula $f$ \end_inset es suprayectiva si y sólo si \begin_inset Formula $\{f(u_{i})\}_{i\in I}$ \end_inset es una familia de generadores de \begin_inset Formula $V$ \end_inset . \begin_inset Formula \[ f\text{ suprayectiva}\iff f(U)=V\iff<\{f(u_{i})\}_{i\in I}>=V \] \end_inset \end_layout \begin_layout Enumerate \begin_inset Formula $f$ \end_inset es biyectiva, y por tanto isomorfismo, si y sólo si \begin_inset Formula $\{f(u_{i})\}_{i\in I}$ \end_inset es \begin_inset space \space{} \end_inset base de \begin_inset Formula $V$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Section Representación matricial de una aplicación lineal. Rango de una matriz. Matrices equivalentes \end_layout \begin_layout Standard Si \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset son \begin_inset Formula $K$ \end_inset -espacios vectoriales de dimensión finita, \begin_inset Formula ${\cal B}=\{u_{1},\dots,u_{n}\}$ \end_inset es base de \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'=\{v_{1},\dots,v_{m}\}$ \end_inset base de \begin_inset Formula $V$ \end_inset , y \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset es un homomorfismo, entonces para cada \begin_inset Formula $j$ \end_inset existirán \begin_inset Formula $a_{ij}$ \end_inset tales que \begin_inset Formula \[ f(u_{j})=\sum_{i=1}^{m}a_{ij}v_{i} \] \end_inset Así, si \begin_inset Formula $[u]_{{\cal B}}=(x_{1},\dots,x_{n})$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $u=\sum_{j=1}^{n}x_{j}u_{j}\in U$ \end_inset y \begin_inset Formula \[ f(u)=f\left(\sum_{j=1}^{n}x_{j}u_{j}\right)=\sum_{j=1}^{n}x_{j}f(u_{j})=\sum_{j=1}^{n}x_{j}\left(\sum_{i=1}^{m}a_{ij}v_{i}\right)=\sum_{j=1}^{n}\sum_{i=1}^{m}(x_{j}a_{ij})v_{i}=\sum_{i=1}^{m}\left(\sum_{j=1}^{n}a_{ij}x_{j}\right)v_{i} \] \end_inset por lo que \begin_inset Formula $[f(u)]_{{\cal B}'}=(\sum_{j=1}^{n}a_{1j}x_{j},\dots,\sum_{j=1}^{n}a_{mj}x_{j})$ \end_inset , de modo que, si \begin_inset Formula $[f(u)]_{{\cal B}'}=(y_{1},\dots,y_{m})$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula \[ \left(\begin{array}{c} y_{1}\\ \vdots\\ y_{m} \end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc} a_{11} & \cdots & a_{1n}\\ \vdots & \ddots & \vdots\\ a_{m1} & \cdots & a_{mn} \end{array}\right)\left(\begin{array}{c} x_{1}\\ \vdots\\ x_{n} \end{array}\right) \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard Siendo las columnas de \begin_inset Formula $(a_{ij})$ \end_inset los \begin_inset Formula $[f(u_{j})]_{{\cal B}'}$ \end_inset , es decir, las imágenes de los elementos de \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset respecto de \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $[f(u)]_{{\cal B}'}=A[u]_{{\cal B}}$ \end_inset , lo que se conoce como \series bold representación matricial de \begin_inset Formula $f$ \end_inset respecto a las bases \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset \series default . A la matriz \begin_inset Formula $(a_{ij})$ \end_inset se le llama \series bold matriz de \begin_inset Formula $f$ \end_inset \series default o \series bold matriz asociada a \begin_inset Formula $f$ \end_inset respecto a las bases \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset \series default , y se denomina \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset . Así, \begin_inset Formula \[ [f(u)]_{{\cal B}'}=M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)[u]_{{\cal B}} \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard Tenemos que \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset está completamente determinada por \begin_inset Formula $f$ \end_inset , y de igual modo, \begin_inset Formula $f$ \end_inset está unívocamente determinada por \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset . Además, si \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset y \begin_inset Formula $g:V\rightarrow W$ \end_inset son aplicaciones lineales y \begin_inset Formula ${\cal B}_{1}$ \end_inset , \begin_inset Formula ${\cal B}_{2}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}_{3}$ \end_inset son bases respectivas de \begin_inset Formula $U$ \end_inset , \begin_inset Formula $V$ \end_inset y \begin_inset Formula $W$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{1}}(g\circ f)=M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{2}}(g)M_{{\cal B}_{2},{\cal B}_{1}}(f)$ \end_inset . \series bold Demostración: \series default Para cada \begin_inset Formula $u\in U,v\in V$ \end_inset , tenemos que \begin_inset Formula $M_{{\cal B}_{2},{\cal B}_{1}}(f)[u]_{{\cal B}_{1}}=[f(u)]_{{\cal B}_{2}}$ \end_inset y \begin_inset Formula $M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{2}}(g)[v]_{{\cal B}_{2}}=[g(v)]_{{\cal B}_{3}}$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{2}}(g)M_{{\cal B}_{2},{\cal B}_{1}}(f)[u]_{{\cal B}_{1}}=M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{2}}(g)[f(u)]_{{\cal B}_{2}}=[g(f(u))]_{{\cal B}_{3}}=[(g\circ f)(u)]_{{\cal B}_{3}} \] \end_inset y por la unicidad de la matriz de una aplicación lineal respecto a dos bases, se tiene que \begin_inset Formula $M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{1}}(g\circ f)=M_{{\cal B}_{3},{\cal B}_{2}}(g)M_{{\cal B}_{2},{\cal B}_{1}}(f)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard Sean \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset \begin_inset Formula $K$ \end_inset -espacios vectoriales con bases respectivas \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset , \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset una aplicación lineal y \begin_inset Formula $A=M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $f$ \end_inset es un isomorfismo si y sólo si \begin_inset Formula $A$ \end_inset es invertible, y entonces \begin_inset Formula $A^{-1}=M_{{\cal B},{\cal B}'}(f^{-1})$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\implies]$ \end_inset \end_layout \end_inset Sea \begin_inset Formula $B=M_{{\cal B},{\cal B}'}(f^{-1})$ \end_inset : \begin_inset Formula \[ AB=M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)M_{{\cal B},{\cal B}'}(f^{-1})=M_{{\cal B}',{\cal B}'}(f\circ f^{-1})=M_{{\cal B}',{\cal B}'}(Id_{V})=I_{n} \] \end_inset \begin_inset Formula \[ BA=M_{{\cal B},{\cal B}'}(f^{-1})M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)=M_{{\cal B},{\cal B}}(f^{-1}\circ f)=M_{{\cal B},{\cal B}}(Id_{U})=I_{n} \] \end_inset \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Argument item:1 status open \begin_layout Plain Layout \begin_inset Formula $\impliedby]$ \end_inset \end_layout \end_inset Al ser invertible es cuadrada, por lo que \begin_inset Formula $\dim(U)=\dim(V)=n$ \end_inset , y si consideramos \begin_inset Formula $g:V\rightarrow U$ \end_inset tal que \begin_inset Formula $M_{{\cal B},{\cal B}'}(g)=A^{-1}$ \end_inset , se tiene que \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B},{\cal B}}(g\circ f)=M_{{\cal B},{\cal B}'}(g)M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)=A^{-1}A=I_{n}=M_{{\cal B},{\cal B}}(Id_{U})\implies g\circ f=Id_{U} \] \end_inset \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B}',{\cal B}'}(f\circ g)=M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)M_{{\cal B},{\cal B}'}(g)=AA^{-1}=I_{n}=M_{{\cal B}',{\cal B}'}(Id_{V})\implies f\circ g=Id_{V} \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard Así, si \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset son bases de \begin_inset Formula $V$ \end_inset , como \begin_inset Formula $M_{{\cal B},{\cal B}'}=M_{{\cal B},{\cal B}'}(Id_{V})$ \end_inset , se tiene que \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B}',{\cal B}}^{-1}=(M_{{\cal B}',{\cal B}}(Id_{V}))^{-1}=M_{{\cal B},{\cal B}'}(Id_{V}^{-1})=M_{{\cal B},{\cal B}'}(Id_{V})=M_{{\cal B},{\cal B}'} \] \end_inset \end_layout \begin_layout Standard También se tiene que si \begin_inset Formula ${\cal B}_{1}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}_{2}$ \end_inset son bases de \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'_{1}$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'_{2}$ \end_inset son bases de \begin_inset Formula $V$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B}'_{2},{\cal B}_{2}}(f)=M_{{\cal B}'_{2},{\cal B}_{2}}(Id_{V}\circ f\circ Id_{U})=M_{{\cal B}'_{2},{\cal B}'_{1}}\cdot M_{{\cal B}'_{1}{\cal B}_{1}}(f)\cdot M_{{\cal B}_{1},{\cal B}_{2}} \] \end_inset Para \begin_inset Formula $A,B\in M_{m,n}(K)$ \end_inset , \begin_inset Formula $A$ \end_inset y \begin_inset Formula $B$ \end_inset son \series bold equivalentes \series default si existen matrices invertibles \begin_inset Formula $P\in M_{m}(K)$ \end_inset y \begin_inset Formula $Q\in M_{n}(K)$ \end_inset tales que \begin_inset Formula $B=PAQ$ \end_inset . Esta es una relación de equivalencia. \end_layout \begin_layout Standard Se llama \series bold rango \series default de \begin_inset Formula $A\in M_{m,n}(K)$ \end_inset al máximo de columnas linealmente independientes consideradas como vectores de \begin_inset Formula $K^{m}$ \end_inset , es decir, \begin_inset Formula $\text{rang}(A)=\dim()$ \end_inset , y por tanto \begin_inset Formula $\text{rang}(A)\leq m,n$ \end_inset . Dado que las columnas de \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset son las imágenes en \begin_inset Formula $f$ \end_inset de los elementos de \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset sobre \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset , se tiene que \begin_inset Formula $\text{rang}(M_{{\cal B}',{\cal B}}(f))=\text{rang}(f)$ \end_inset , y como las matrices invertibles corresponden a isomorfismos, se tiene que \begin_inset Formula $A\in M_{n}(K)$ \end_inset es invertible si y sólo si \begin_inset Formula $\text{rang}(A)=n$ \end_inset , para lo que basta con considerar el homomorfismo \begin_inset Formula $f:K^{n}\rightarrow K^{n}$ \end_inset con \begin_inset Formula $M_{{\cal C},{\cal C}}(f)=A$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard Dados \begin_inset Formula $K$ \end_inset -espacios vectoriales \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula $V$ \end_inset con dimensiones respectivas \begin_inset Formula $n$ \end_inset y \begin_inset Formula $m$ \end_inset , y el homomorfismo \begin_inset Formula $f:U\rightarrow V$ \end_inset , existen bases \begin_inset Formula ${\cal B}$ \end_inset de \begin_inset Formula $U$ \end_inset y \begin_inset Formula ${\cal B}'$ \end_inset de \begin_inset Formula $V$ \end_inset tales que \begin_inset Formula \[ M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)=\left(\begin{array}{c|c} I_{r} & 0\\ \hline 0 & 0 \end{array}\right)\in M_{m,n}(K) \] \end_inset con \begin_inset Formula $r=\text{rang}(f)$ \end_inset . \series bold Demostración: \series default Si \begin_inset Formula $r=\text{rang}(f)$ \end_inset entonces \begin_inset Formula $\dim(\text{Nuc}(f))=n-r$ \end_inset . Además, si \begin_inset Formula $\{u_{r+1},\dots,u_{n}\}$ \end_inset es base de \begin_inset Formula $\text{Nuc}(f)$ \end_inset que se extiende a la base \begin_inset Formula ${\cal B}=\{u_{1},\dots,u_{r},u_{r+1},\dots,u_{n}\}$ \end_inset de \begin_inset Formula $U$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $f(u_{r+1})=\dots=f(u_{n})=0$ \end_inset , y \begin_inset Formula $f(u_{1}),\dots,f(u_{r})$ \end_inset son linealmente dependientes, dado que si \begin_inset Formula $\alpha_{1}f(u_{1})+\dots+\alpha_{r}f(u_{r})=0$ \end_inset entonces \begin_inset Formula $\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{r}u_{r}\in\text{Nuc}(f)=$ \end_inset y como \begin_inset Formula $\cap=\{0\}$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $\alpha_{1}u_{1}+\dots+\alpha_{r}u_{r}=0$ \end_inset y por tanto \begin_inset Formula $\alpha_{1}=\dots=\alpha_{r}=0$ \end_inset . Si extendemos este conjunto a la base \begin_inset Formula ${\cal B}'=\{f(u_{1}),\dots,f(u_{r}),v_{r+1},\dots,v_{m}\}$ \end_inset , se tiene la \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)$ \end_inset buscada. \end_layout \begin_layout Standard Toda \begin_inset Formula $A\in M_{m,n}(K)$ \end_inset es equivalente a una de esta forma, con \begin_inset Formula $r=\text{rang}(A)$ \end_inset . \series bold Demostración: \series default Sea \begin_inset Formula $f:K^{n}\rightarrow K^{m}$ \end_inset tal que \begin_inset Formula $M_{{\cal C}',{\cal C}}(f)=A$ \end_inset . Entonces \begin_inset Formula $M_{{\cal B}',{\cal B}}(f)=M_{{\cal B}',{\cal {\cal C}}'}\cdot A\cdot M_{{\cal C},{\cal B}}$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard Llamamos \series bold matriz traspuesta \series default de \begin_inset Formula $A=(a_{ij})\in M_{m,n}(K)$ \end_inset a la matriz \begin_inset Formula $A^{t}=(b_{ij})\in M_{n,m}(K)$ \end_inset con \begin_inset Formula $b_{ij}=a_{ji}$ \end_inset . Se verifica que \begin_inset Formula $(A^{t})^{t}=A$ \end_inset , \begin_inset Formula $(\alpha A)^{t}=\alpha A^{t}$ \end_inset , \begin_inset Formula $(A+B)^{t}=A^{t}+B^{t}$ \end_inset , \begin_inset Formula $(AC)^{t}=C^{t}A^{t}$ \end_inset , y si \begin_inset Formula $A$ \end_inset es invertible entonces \begin_inset Formula $A^{t}$ \end_inset también lo es y \begin_inset Formula $(A^{t})^{-1}=(A^{-1})^{t}$ \end_inset . Así, si \begin_inset Formula \[ B=\left(\begin{array}{c|c} I_{r} & 0\\ \hline 0 & 0 \end{array}\right)\in M_{m,n}(K) \] \end_inset con \begin_inset Formula $r=\text{rang}(A)$ \end_inset y \begin_inset Formula $A=M_{m,n}(K)$ \end_inset , existirán \begin_inset Formula $P\in M_{m}(K)$ \end_inset y \begin_inset Formula $Q\in M_{n}(K)$ \end_inset tales que \begin_inset Formula $B=PAQ$ \end_inset , por lo que \begin_inset Formula $Q^{t}A^{t}P^{t}=(PAQ)^{t}=B^{t}$ \end_inset con \begin_inset Formula $\text{rang}(B^{t})=\text{rang}(B)$ \end_inset , y por tanto \begin_inset Formula $\text{rang}(A)=\text{rang}(A^{t})$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Section Matrices elementales. Aplicaciones \end_layout \begin_layout Standard Llamamos \series bold matriz elemental \series default de tamaño \begin_inset Formula $n$ \end_inset a toda matriz obtenida al efectuar una operación elemental (por filas o columnas) en \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Formula $E_{n}(i,j)$ \end_inset es la resultante de intercambiar las filas \begin_inset Formula $i$ \end_inset y \begin_inset Formula $j$ \end_inset , o las columnas \begin_inset Formula $i$ \end_inset y \begin_inset Formula $j$ \end_inset , en \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset . \begin_inset Formula $E_{n}(i,j)^{-1}=E_{n}(i,j)$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Formula $E_{n}(r[i])$ \end_inset es la resultante de multiplicar por \begin_inset Formula $r$ \end_inset la fila \begin_inset Formula $i$ \end_inset , o la columna \begin_inset Formula $i$ \end_inset , en \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset . \begin_inset Formula $E_{n}(r[i])^{-1}=E_{n}(r^{-1}[i])$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Itemize \begin_inset Formula $E_{n}([i]+r[j])$ \end_inset es la resultante de añadir a la fila \begin_inset Formula $i$ \end_inset la fila \begin_inset Formula $j$ \end_inset multiplicada por \begin_inset Formula $r$ \end_inset , o a la columna \begin_inset Formula $j$ \end_inset la columna \begin_inset Formula $i$ \end_inset multiplicada por \begin_inset Formula $r$ \end_inset , en \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset . \begin_inset Formula $E_{n}([i]+r[j])^{-1}=E_{n}([i]-r[j])$ \end_inset . \end_layout \begin_layout Standard Si \begin_inset Formula $B$ \end_inset se obtiene al realizar una operación elemental por filas en \begin_inset Formula $A$ \end_inset y \begin_inset Formula $E$ \end_inset al realizar la misma en \begin_inset Formula $I_{m}$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $B=EA$ \end_inset . Del mismo modo, si \begin_inset Formula $B$ \end_inset se obtiene de aplicar una operación elemental por columnas en \begin_inset Formula $A$ \end_inset y \begin_inset Formula $E$ \end_inset al aplicarla a \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $B=AE$ \end_inset . Así, realizar una serie de estas operaciones en una matriz equivale a multiplic arla por uno o ambos lados por un producto de matrices elementales, el cual es invertible. Dada una matriz \begin_inset Formula $A$ \end_inset , para obtener las matrices \begin_inset Formula $P$ \end_inset y \begin_inset Formula $Q$ \end_inset tales que \begin_inset Formula \[ PAQ=\left(\begin{array}{c|c} I_{r} & 0\\ \hline 0 & 0 \end{array}\right) \] \end_inset podemos partir de \begin_inset Formula \[ \left(\begin{array}{c|c} A & I_{m}\\ \hline I_{n} \end{array}\right) \] \end_inset y realizar operaciones elementales hasta llegar a una matriz de la forma \begin_inset Formula \[ \left(\begin{array}{c|c} \begin{array}{c|c} I_{r} & 0\\ \hline 0 & 0 \end{array} & P\\ \hline Q \end{array}\right) \] \end_inset \begin_inset Formula $A\in M_{n}(K)$ \end_inset es invertible cuando tiene rango precisamente \begin_inset Formula $n$ \end_inset , por lo que al hacer operaciones elementales por filas para obtener una matriz escalonada reducida, esta será precisamente \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset , de forma que \begin_inset Formula $(E_{k}\cdots E_{1})A=I_{n}$ \end_inset y por tanto \begin_inset Formula $A^{-1}=E_{k}\cdots E_{1}$ \end_inset , de forma que \begin_inset Formula $A^{-1}$ \end_inset es la matriz resultante de efectuar en \begin_inset Formula $I_{n}$ \end_inset las mismas operaciones elementales fila que se hacen en \begin_inset Formula $A$ \end_inset . A efectos prácticos, formamos la matriz \begin_inset Formula $\left(\begin{array}{c|c} A & I_{n}\end{array}\right)$ \end_inset y hacemos operaciones elementales por filas hasta llegar a \begin_inset Formula $\left(\begin{array}{c|c} I_{n} & A^{-1}\end{array}\right)$ \end_inset . Por otro lado, si \begin_inset Formula $A^{-1}=E_{k}\cdots E_{1}$ \end_inset , entonces \begin_inset Formula $A=(A^{-1})^{-1}=(E_{k}\cdots E_{1})^{-1}=E_{1}^{-1}\cdots E_{k}^{-1}$ \end_inset , de forma que toda matriz invertible es producto de matrices elementales. \end_layout \end_body \end_document