要证明一个映射 \( T \) 是否为线性变换,需要验证它是否满足线性变换的两个基本性质:加法不变性和数乘不变性。具体来说,对于任意的向量 \( x, y \) 属于定义域,以及任意实数 \( a, b \),线性变换 \( T \) 必须满足:
```
T(ax + by) = aT(x) + bT(y)
```
如果上述等式对所有向量 \( x, y \) 和所有实数 \( a, b \) 都成立,那么 \( T \) 就是一个线性变换。
证明步骤:
加法不变性证明
假设 \( x \) 和 \( y \) 是定义域中的任意向量。
根据线性变换的定义,我们需要证明 \( T(x + y) = T(x) + T(y) \)。
直接应用线性变换的定义进行验证。
数乘不变性证明
假设 \( x \) 是定义域中的任意向量,\( a \) 是任意实数。
根据线性变换的定义,我们需要证明 \( T(ax) = aT(x) \)。
直接应用线性变换的定义进行验证。
例子:
假设 \( T \) 是将向量空间 \( V \) 映射到向量空间 \( W \) 的映射,且对于 \( V \) 中的任意向量 \( x \) 和 \( y \),以及任意实数 \( a \) 和 \( b \),有:
```
T(ax + by) = aT(x) + bT(y)
T(ax) = aT(x)
```
如果上述两个等式对所有 \( x, y \) 和 \( a, b \) 都成立,那么 \( T \) 就是从 \( V \) 到 \( W \) 的线性变换。
注意事项:
零向量在变换后仍然是零向量,即 \( T(0) = 0 \)。
线性变换保持线性无关性不变,但不保证线性相关性不变。