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Tópicos Avançados

8. Adjunta

Quando estamos trabalhando com dois espaços vetoriais VV e WW munidos de produto interno, podemos associar a cada transformação linear de VV para WW uma transformação linear de WW para VV que possui algumas propriedades interessantes. Essa transformação é chamada de adjunta de TT e serve de alicerce para um dos principais resultados da Álgebra Linear, o Teorema Espectral.

Conceitos iniciais - Funcionais lineares

Antes de falarmos sobre a adjunta propriamente, precisamos de um teorema central acerca de um tipo especial de transformações lineares, os funcionais lineares.

Em relação ao funcional G∈L(Rn,R){} G \in \mathcal{L}(\mathbb{R}^{n},\mathbb{R}) {} do exemplo anterior, se considerarmos y=(a1,…,an)∈Rny=(a_{1},\dots,a_{n}) \in \mathbb{R}^{n}, então dado x∈Rnx \in \mathbb{R}^{n} temos

Gx=⟨x,y⟩,Gx=\langle x , y \rangle,

onde ⟨⋅,⋅⟩\langle \cdot , \cdot \rangle denota o produto interno euclidiano. De maneira geral, em um espaço VV munido de produto interno ⟨⋅,⋅⟩\langle \cdot , \cdot \rangle (um produto interno qualquer, não necessariamente o euclidiano), ao fixarmos u∈Vu \in V, a função F:V→RF:V\to \mathbb{R} dada por

Fv=⟨v,u⟩Fv=\langle v , u \rangle

define um funcional linear em VV (a linearidade de FF é evidente pela linearidade do próprio produto interno). O teorema a seguir mostra que, na verdade, vale a recíproca: todo funcional linear pode ser representado dessa forma, através do produto interno.

Definição de adjunta e exemplo

A definição de adjunta tem uma construção um pouco mais sofisticada, onde utilizamos o Teorema 8.3 (Teo. da representação de Riesz).

É importante perceber bem como é feita essa definição. Primeiramente, note que consideramos uma transformação T∈L(V,W)T \in \mathcal{L}(V,W) qualquer, é a partir dela que construímos a função T∗T^{*} associada. Então, fixando um vetor w∈Ww \in W, através da construção feita associamos a ele um único vetor T∗wT^{*}w, com a propriedade de que ⟨Tv,w⟩=⟨v,T∗w⟩\langle Tv , w \rangle=\langle v , T^{*}w \rangle para todo v∈Vv \in V (note que na esquerda temos o produto interno de WW, enquanto na direita temos o produto interno em VV). Como o vetor ww considerado é arbitrário, o que fazemos é associar a cada w∈Ww \in W, um único vetor T∗wT^{*}w em VV. Assim, temos uma função T∗T^{*} de WW para VV. Em particular, essa função possui uma propriedade muito importante:

⟨Tv,w⟩=⟨v,T∗w⟩,\langle Tv , w \rangle = \langle v , T^{*}w \rangle,

para quaisquer v∈Vv \in V e w∈Ww \in W.

Na prática, podemos pensar na adjunta como uma “inversa em relação ao produto interno”. Mas, claro, não é exatamente isso em um sentido técnico.

Antes de prosseguirmos, devemos constatar um fato essencial sobre essa nova função que definimos.

Vejamos como determinar algebricamente a adjunta de uma transformação linear.

Propriedades da adjunta

Utilizando a Definição 8.4 (Adjunta) e a linearidade do produto interno, de maneira similar ao que é feito em Demonstração 8.5, é possível verificar as seguintes propriedades da adjunta:

Além dessas propriedades fundamentais, temos relações importantes entre os núcleos e imagens de uma transformação e sua adjunta.

A adjunta matricialmente (matriz transposta)

Naturalmente, pela equivalência existente entre transformações lineares e matrizes, a adjunta também possui uma interpretação matricial. O principal resultado nos diz que, quando lidando com bases ortonormais, a matriz de T∗T^{*} corresponde exatamente a transposta da matriz de TT.

Footnotes
  1. É comum denotar o conjunto de todos os funcionais lineares de um espaço VV como V∗V^{*}. Verifica-se que V∗V^{*} constitui um espaço vetorial, que é chamado de dual de VV.