1. Forme bilineari simmetriche.
Fissiamo uno spazio vettoriale V di dimensione finita. In tutto questo capitolo sup- porremo che gli scalari siano in R. Denotiamo con V ×V l’insieme delle coppie di vettori di V , cioe’ l’insieme dei simboli del tipo (u, v), con u e v vettori di V . Ricordiamo che due coppie (u, v) e (u 0 , v 0 ) sono uguali se e sole se per definizione u = u 0 e v = v 0 .
Una forma bilineare simmetrica su V e’ una funzione del tipo φ : V × V → R
soddisfacente le seguenti due proprieta’:
• per ogni u, v, w ∈ V ed ogni a, b ∈ R si ha φ(au+bv, w) = aφ(u, w)+bφ(v, w);
• per ogni u, v ∈ V si ha φ(u, v) = φ(v, u).
La prima proprieta’ si chiama proprieta’ di linearita’ a sinistra, mentre la seconda si chiama proprieta’ di simmetria. Il termine bilineare deriva dal fatto che se valgono queste due proprieta’ allora φ e’ anche lineare a destra, cioe’ e’ vero anche che φ(u, av + bw) = aφ(u, v) + bφ(u, w) per ogni u, v, w ∈ V ed ogni a, b ∈ R. Infatti possiamo scrivere:
φ(u, av + bw) = φ(av + bw, u) = aφ(v, u) + bφ(w, u) = aφ(u, v) + bφ(u, w).
La prima uguaglianza e’ consentita dalla simmetria, la seconda dalla linearita’ a sinistra, e l’ultima ancora dalla simmetria.
Esempio 1. Consideriamo la seguente funzione φ : R 2 × R 2 → R (quindi in questo caso V = R 2 ) definita ponendo per ogni u = (x 1 , x 2 ), v = (y 1 , y 2 ) ∈ R 2
φ(u, v) := x 1 y 1 + 3x 1 y 2 + 3x 2 y 1 + 2x 2 y 2 .
Ad esempio φ(e 1 , e 1 ) = 1, φ(e 1 , e 2 ) = 3, φ(e 2 , e 1 ) = 3, φ(e 2 , e 2 ) = 2. Ora andi- amo a provare che questa funzione e’ una forma bilineare simmetrica. Faremo due dimostrazioni diverse. La prima consiste in una verifica diretta. Poi useremo un argo- mento diverso, che ci sara’ utile per motivare le definizioni che seguiranno.
Cominciamo con una verifica diretta. Posto w = (z 1 , z 2 ), abbiamo:
φ(au + bv, w) = φ((ax 1 + by 1 , ax 2 + by 2 ), (z 1 , z 2 ))
= (ax 1 + by 1 )z 1 + 3(ax 1 + by 1 )z 2 + 3(ax 2 + by 2 )z 1 + 2(ax 2 + by 2 )z 2
= ax 1 z 1 + by 1 z 1 + 3ax 1 z 2 + 3by 1 z 2 + 3ax 2 z 1 + 3by 2 z 1 + 2ax 2 z 2 + 2by 2 z 2
= a(x 1 z 1 +3x 1 z 2 +3x 2 z 1 +2x 2 z 2 )+b(y 1 z 1 +3y 1 z 2 +3y 2 z 1 +2y 2 z 2 ) = aφ(u, w)+bφ(v, w).
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