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Álgebra Linear - Um Livro Colaborativo

6.4 Matriz de mudança de coordenadas


Se conhecemos as coordenadas do vetor x→ em uma base ℬ = v→1,v→2,…,v→n:

x→ℬ = b1 b2 ⋮ b n ℬ = b1v→1+b2v→2+⋯+bnv→n, (6.38)

podemos obter as coordenadas usuais (na base canônica) de x→ de forma sistemática. Em outras palavras, queremos encontrar x1,x2,…,xn tais que

x→ = x1 x2 ⋮ x n = x1e→1+x2e→2+⋯+xne→n. (6.39)

Uma maneira é considerar a matriz cujas colunas são os vetores v→i:

A = | | | v → 1v→2⋯v→n | | | = v11v12⋯v1n v21 v22⋯v2n ⋮ ⋮ ⋮ v n1vn2⋯vnn . (6.40)

Funciona porque b1v→1 + b2v→2 + ⋯ + bnv→n = ∑ j=1nb jv→j = ∑ j=1nb j ∑ i=1nv ije→i = ∑ i=1n ∑ j=1nb jvije→i = ∑ j=1nb jv1je→1 + ∑ j=1nb jv2je→2 + ⋯ + ∑ j=1nb jvnje→n.

Assim, devemos ter

x1 =v11b1 + v12b2 + ⋯ + v1nbn x2 =v21b1 + v22b2 + ⋯ + v2nbn ⋮ x n =vn1b1 + vn2b2 + ⋯ + vnnbn i.ex→ = A[x→]ℬ. (6.41)

A matriz A construida como acima é chamada de matriz de mudança de coordenadas da base ℬ para a base usual (canônica) {e→1,e→2,…,e→n}.

A matriz de mudança de coordenadas da base canônica para a base ℬ pode ser obtida a partir da inversa de A:

[x→]ℬ = A−1 ⋅x→. (6.42)

(Notamos que a matriz A é necessariamente invertível, já que suas colunas são elementos de uma base; em particular, são linearmente independentes).

Exemplo 56. Consideramos a seguinte base para ℝ2:

ℬ = 1 1 , − 1 1 . (6.43)

Este conjunto é de fato uma base, pois são linearmente independentes e são dois (que é a dimensão de ℝ2). Sabendo que as coordenadas de u→ e v→ nesta base ℬ são

[u]ℬ = 1 1 ℬe[v]ℬ = 3 − 1 ℬ, (6.44)

encontrar as componentes de u→ e v→ na base canônica {e→1,e→2} de ℝ2.

Pelo que analisamos acima, a matriz de mudança de coordenadas que procuramos é a matriz

A = 1 − 1 1 1 (6.45)

Logo,

1 − 11 1 1 1 ℬ = 0 2  e v→ = 1 − 1 1 1 3 − 1 ℬ = 4 2 . (6.46)

Observação 57. A matriz de mudança de coordenadas é uma forma de trocar de uma base para outra de forma sistemática. Com o intuito de tornar mais intuitiva a construção, vamos repetir a argumentação que fizemos no início desta seção para o caso 2 × 2. Na base ℬ do exemplo anterior, a representação

b1 b2 ℬ significa que v→ = b1⋅1 1 +b2⋅− 1 1 . (6.47)

Os vetores da base ℬ são representados na base canônica por

11 = 1 0 + 0 1 = e→1+e→2e − 1 1 = − 1 0 + 0 1 = −e→1+e→2. (6.48)

Logo,

v→ = b1 e→1 + e→2 + b2 −e→1 + e→2 = (b1 − b2)e→1 + (b1 + b2)e→2, (6.49)

de modo que as componentes de v→ na base canônica são

x1 = b1 − b2 x2 = b1 + b2 . (6.50)

Em notação matricial:

x1 x2 = 1 − 1 1 1 b1 b2 . (6.51)

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Creative Commons License Este texto é disponibilizado nos termos da licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada (CC-BY-SA 3.0). Página gerada em 19/8/2020 às 17:34:13.

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