2.4 Basisskifte og overgangsmatrisen P_{C←B}
Overgangsmatrisen P_{C←B} som oversetter B-koordinater til C-koordinater: hvordan den bygges (C-uttrykk av B-vektorene), riktig retning, og inversen P_{B←C} = (P_{C←B})⁻¹.
- Fasitens grep: bygg ved å uttrykke -vektorene i -koordinater (kolonnene), og finn inversen ved .
- Karakterskillet her er retningen. Notasjonen leses « fra »: den tar en -koordinatvektor inn og gir en -koordinatvektor ut. Å forveksle den med inversen er den vanligste feilen — og et dyrt trekk.
Sensorregel: kontroller alltid retningen med ett konkret talleksempel — oversett en vektor du kjenner koordinatene til begge veier, og se at faktisk stemmer.
- Kap. 2.3 — koordinatvektoren og koordinatavbildningen; at samme vektor har ulik koordinatvektor i ulike baser, er nettopp forskjellen regner ut
- Invers matrise og radreduksjon (MAT1110) — vi inverterer en liten matrise via
- Lineære likningssystem og Gauss-eliminasjon — innføring i likningssystem/Gauss
I kap. 2.3 så vi at samme polynom har koordinatvektor i standardbasisen, men i en annen basis. Spørsmålet nå er: finnes det en fast matrise som gjør om den ene koordinatvektoren til den andre, for alle vektorer på én gang? Ja — det er overgangsmatrisen (basisskiftematrisen) .
Poenget er at koordinatbytte er en lineær operasjon, så det kan pakkes i én matrise. Den avgjørende disiplinen er å holde styr på retningen: hvilken basis går inn, og hvilken kommer ut. Vi jobber i tre løkker: (1) definisjon, konstruksjon og retning, (2) inversen den andre veien, (3) standardbasis og funksjonsrom.
Løkke 1 — Overgangsmatrisen og retningen (~20 min)
Den samme vektoren endrer seg ikke — bare tallene vi beskriver den med skifter når vi bytter basis. er ordboka mellom de to koordinatspråkene.
Notasjonen leses « fra », og pilen viser gangretningen: matrisen tar en -koordinatvektor inn (til høyre) og gir en -koordinatvektor ut (til venstre). Tenk på det som «». Denne lesemåten er hele nøkkelen til å unngå retningsfellen.
Altså: for å bygge « fra » må du uttrykke hver -vektor i den nye basisen . Kolonnene er koordinatvektorer (tallkolonner), ikke basisvektorene selv.
La (standardbasisen) og i . Finn overgangsmatrisen .
: , , . Så .
: , , . Så .
: , , . Så .
Sett koordinatvektorene som kolonner:
Legg merke til at vi uttrykte -vektorene i — det er det « fra » krever.
(Innstegsoppgave — ren gjengivelse.) Overgangsmatrisen oppfyller .
a) Hvilken basis' koordinater tar matrisen inn, og hvilken gir den ut?
b) Hva står i kolonne av ?
La og i . Finn ved å uttrykke hver -vektor i -koordinater.
Løkke 2 — Den andre veien: inversen (~18 min)
Det stemmer med ordbok-bildet: hvis oversetter fra til , oversetter inversen tilbake fra til . Sammensetter du dem, kommer du tilbake der du startet: .
For å finne radreduserer du til ; da står inversen til høyre. Alternativt (ofte raskere): bygg direkte fra definisjonen — kolonne er , altså -vektorene uttrykt i -koordinater. På eksamen kan inversen også leses av vedlegget.
Fortsett Eksempel 1: , , med . Finn , og kontroller retningen på .
Sjekk at det er inversen: (regn etter — produktet blir identitetsmatrisen). ✓
Retningskontroll på : I standardbasisen er . Da skal :
Stemmer det? , altså er alene, så . ✓ Retningen er riktig: tok en -koordinatvektor inn og ga en -koordinatvektor ut.
For , fant du i oppgave 2 at .
a) Finn direkte (uttrykk -vektorene i -koordinater).
b) Kontroller at ved å regne produktet.
Løkke 3 — Standardbasis og funksjonsrom (~15 min)
Er en generell basis og standardbasisen, er overgangsmatrisen «fra til » spesielt lett: har -vektorene som kolonner (skrevet i standardkoordinater), fordi nettopp er selv. Da får du den motsatte veien ved å invertere: .
Dette er den mekaniske oppskriften når begge baser er kjent i standardbasisen — praktisk å radredusere .
La med baser og . Finn og .
— her er -vektorene allerede gitt i -koordinater: , . Så
Kontroll: . ✓
La (standardbasis) og i .
a) Finn .
b) Bruk den til å finne når , og bekreft ved å regne ut vektoren direkte.
La og i , med (Eksempel 1). Polynomet har .
a) Finn med overgangsmatrisen.
b) Kontroller svaret ved å skrive direkte som en lineærkombinasjon av -vektorene.
- Feil retning — den dyreste feilen. (« fra ») tar -koordinater inn og gir ut. Forveksler du den med inversen , blir alt speilvendt. Kontroller alltid med ett talleksempel.
- Kolonnene fylt med feil basis. For er kolonne lik — -vektorene uttrykt i . Ikke omvendt.
- Setter basisvektorene selv (ikke koordinatene) inn som kolonner. Kolonnene skal være koordinatvektorer (tallkolonner), ikke polynomene/funksjonene.
- Glemmer at . De to veiene er hverandres inverser — regn den ene og inverter, eller bygg den andre direkte.
- Blander -oppskriften. Når begge baser er gitt i standardkoordinater er (ikke ).
Begrepsbank til eksamen
Basisskifte-apparatet i kortform — retningen er det du må ha automatisert (intet formelark).
Begrepsbanken er flashcard-/repetisjonsstoff — den gjentar det du nettopp har lest. Hopp trygt over ved førstegangslesing; tidsanslaget for kapitlet gjelder kjernestoffet.
Å bytte fra å beskrive vektorer i én basis til å beskrive dem i en annen basis . Selve vektorene er de samme; bare koordinatene endres, og overgangsmatrisen regner ut endringen for alle vektorer på én gang.
Kolonne i er koordinatvektoren — en tallkolonne, ikke basisvektoren selv. En hyppig felle er å sette inn selve polynomene/funksjonene.
Å forveksle med inversen er den vanligste feilen i sjanger I. Motgift: les pilen «ut inn», og verifiser med ett konkret talleksempel.
Radreduser til for å finne inversen. På eksamen kan inversen også leses av vedlegget i stedet for å regnes for hånd.
Er begge baser gitt i standardkoordinater med matrisene (vektorene som kolonner), er . Praktisk å radredusere .
Fordi begge baser utspenner samme rom, er alltid invertibel (). Ellers kunne ikke oversettelsen reverseres. En overgangsmatrise kan derfor aldri være singulær.
Overgangsmatriser kjedes som funksjoner: . De indre basisene «kanselleres», akkurat som pilene tilsier.
Ved basisskifte er det bare beskrivelsen (koordinatene) som endres — vektoren i er den samme. oversetter tall, ikke vektorer.
Standard kvalitetssikring: velg en vektor du kjenner koordinatene til i begge baser, og sjekk at faktisk gir . Fanger retningsfellen før den koster poeng.
Basisskifte virker likt i abstrakte rom: uttrykk -polynomene/-funksjonene i og sett koordinatvektorene som kolonner. Eksamen bruker dette i (2019, 2024) og i funksjonsrom.
Pilen peker mot resultatet: er « fra » = «ut inn». Basisen til høyre for pilen () er den koordinatvektoren inn er skrevet i; basisen til venstre () er den ut er skrevet i.
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.
Skolesaga er en uavhengig læringsressurs og er ikke tilknyttet eller godkjent av Universitetet i Oslo. Dette er ikke offisielt studiemateriell. Les mer.