We have f ( T ) = − T 3 + 2 I f(T)=-T^3+2I f ( T ) = − T 3 + 2 I
T ( x 1 x 2 x 3 ) = ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) ( x 1 x 2 x 3 ) T\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix} T ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞
Then f ( T ) ( x 1 x 2 x 3 ) = ( − T 3 + 2 I ) ( x 1 x 2 x 3 ) = f(T)\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix}=(-T^3+2I)\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix}= f ( T ) ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = ( − T 3 + 2 I ) ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ =
= ( − ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) 3 + ( 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ) ) ( x 1 x 2 x 3 ) =\left(-\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}^3+\begin{pmatrix}
2&0&0\\
0&2&0\\
0&0&2
\end{pmatrix}\right)\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ 3 + ⎝ ⎛ 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ⎠ ⎞ ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞
( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) 2 = ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) = \begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}^2=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}= ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ 2 = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ =
= ( 1 0 0 0 − 2 − 1 0 2 − 1 ) =\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&-2&-1\\
0&2&-1
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 − 2 2 0 − 1 − 1 ⎠ ⎞
( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) 3 = ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) 2 ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) = \begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}^3=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}^2\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}= ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ 3 = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ 2 ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ =
= ( 1 0 0 0 − 2 − 1 0 2 − 1 ) ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) = ( 1 0 0 0 2 − 1 0 2 3 ) =\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&-2&-1\\
0&2&-1
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&2&-1\\
0&2&3
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 − 2 2 0 − 1 − 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 2 2 0 − 1 3 ⎠ ⎞
− ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) 3 + ( 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ) = − ( 1 0 0 0 2 − 1 0 2 3 ) + ( 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ) = ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) -\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}^3+\begin{pmatrix}
2&0&0\\
0&2&0\\
0&0&2
\end{pmatrix}=-\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&2&-1\\
0&2&3
\end{pmatrix}+\begin{pmatrix}
2&0&0\\
0&2&0\\
0&0&2
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix} − ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ 3 + ⎝ ⎛ 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ⎠ ⎞ = − ⎝ ⎛ 1 0 0 0 2 2 0 − 1 3 ⎠ ⎞ + ⎝ ⎛ 2 0 0 0 2 0 0 0 2 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞
We obtain f ( T ) ( x 1 x 2 x 3 ) = ( 1 0 0 0 0 1 0 − 2 − 1 ) ( x 1 x 2 x 3 ) = T ( x 1 x 2 x 3 ) f(T)\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
1&0&0\\
0&0&1\\
0&-2&-1
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix}=T\begin{pmatrix}
x_1\\
x_2\\
x_3
\end{pmatrix} f ( T ) ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 1 0 0 0 0 − 2 0 1 − 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ = T ⎝ ⎛ x 1 x 2 x 3 ⎠ ⎞ , that is f ( T ) = T f(T)=T f ( T ) = T
Answer: f ( T ) = T f(T)=T f ( T ) = T
Comments