


Vectorruimten en lineaire afbeeldingen
Lineaire algebra is een van de basisblokken van de toegepaste
wetenschappen. De meeste ingenieurstoepassingen steunen er wel ergens
op. Zelfs voor niet-lineaire problemen grijpt men vaak terug naar lineaire
benaderingen om ze te kunnen oplossen. In dit hoofdstuk wordt de basis
gelegd van de lineaire algebra. Zoals in de vorige hoofdstukken vertrekken
we weer van een rigoureuze wiskundige aanpak. (Het is altijd van belang
om in geval van onduidelijkheden of tegenstrijdige intuities terug te kunnen
vallen op een nauwkeurig opgebouwde theorie om een heldere redenering te
kunnen voeren en tot een eenduidig besluit te komen). Het uiteindelijke
doel blijft echter inzicht op te bouwen en concepten te verwerven die bruikbaar
zijn bij het oplossen van problemen. Dit hoofdstuk bestaat uit 4 paragrafen
1.1 Vectorruimten
Deze paragraaf geeft enkele basisdefinities.

1.2 Basis en dimensie
Deze paragraaf bouwt de brug tussen de abstracte
wiskundige opvatting van een vectorruimte en een meer intuïtief toepassingsgericht
beeld en mondt uit in de belangrijkste stelling 1.2.4
die ruwweg zegt dat we over elke (eindigdimensionale) vectorruimte (dus
twee verzamelingen en twee bewerkingen die aan de eigenschappen van de
definitie 1.1.1) voldoen) op een meer concrete
manier kunnen gaan denken door over te schakelen op coordinaten. Ondertussen
worden ook de concepten van lineaire afhankelijkheid, voortbrengend en
vrij deel, basis en dimensie ingevoerd.
Tot slot bekijken we hoe we de resultaten uit deze paragraaf kunnen
gebruiken om een voortbrengend deel, dat gegeven is onder de vorm van coördinaten,
om te zetten in een basis die dezelfde deelruimte voortbrengt.

1.3 Rekenen met deelruimten
Deze paragraaf voert twee belangrijke bewerkingen met deelruimten in: de
doorsnede en de som van deelruimten. Daarnaast wordt de daarmee geassocieerde
dimensiestelling besproken.
Tot slot bekijken we hoe we de doorsnede en een som van deelruimten
effectief kunnen bereken indien die deelruimten concreet gegeven zijn door
een voortbrengend deel of een homogeen stelsel.

1.4 Lineaire afbeeldingen
Deze paragraaf voert het sleutelbegrip lineaire afbeelding in. Een groot
deel van de rest van de cursus is erop gericht inzicht te verwerven in
wat een lineaire afbeelding is. Een eerste elementair beeld van wat een
lineaire afbeelding is, wordt reeds gegeven in deze paragraaf.
We vertrekken weer van een theoretische definitie: we beschouwen
een afbeelding van een vectorruimte naar een andere (of naar zichzelf)
en leggen er een lineariteitseis aan op: een lineaire combinatie van vectoren
moet afgebeeld worden op dezelfde lineaire combinatie van hun beelden.
Daarna voeren we meer concepten in die leiden tot inzicht in wat een
lineaire afbeelding is. De belangrijkste concepten (voor dit hoofdstuk)
zijn de kern en het beeld. Dit zijn twee deelruimten die kunnen gedefinieerd
worden in de bronruimte en de doelruimte van elke lineaire afbeelding (figuur
1.4.2, figuur 1.4.2b).
Een belangrijk resultaat (Stelling 1.4.4)
is dat de som van de dimensies van deze deelruimten gelijk is aan de dimensie
van de bronruimte. Dit resultaat komt later in verschillende concretere
vormen terug.
Stelling 1.4.3 bereidt de invoering
van matrixvoorstellingen voor. In dit hoofdstuk wordt zonder coordinaten
gewerkt, in algemene vectorruimten. In het volgende hoofdstuk zullen we
met concrete voorstellingen werken. Zoals we een vector na keuze van een
basis kunnen voorstellen door een stel coordinaten, zullen we een lineaire
afbeelding na keuze van twee basissen (in bron- en doelruimte) voorstellen
door een matrix. Volgens stelling 1.4.3
kan dit als die matrixvoorstelling de beelden van basisvectoren vastlegt.
Stelling 1.4.1 en 1.4.2
geven twee elementaire resultaten in verband met lineaire afbeeldingen.


