Álgebra Linear I

Início · Capítulo 1 · Espaços vetoriais e transformações lineares

Transformações lineares, isomorfismos, núcleo e imagem

39 cards nesta seção
  1. Motivação 1.35Bijeções que transportam as operações
  2. Definição 1.36Transformação linear
  3. Proposição 1.37Propriedades básicas das transformações lineares
  4. Exemplo 1.38Multiplicação por uma matriz
  5. Exemplo 1.39A derivada é linear
  6. Exemplo 1.40A integral é linear
  7. Exemplo 1.41A avaliação num ponto é linear
  8. Exemplo 1.42Transposição e multiplicação à esquerda
  9. Exemplo 1.43O traço é linear
  10. Exemplo 1.44Rotação e projeção em \(\R^2\)
  11. Nota 1.45Uma transformação linear do plano deforma a malha
  12. Exemplo 1.46A translação não é linear
  13. Exemplo 1.47O determinante não é linear
  14. Exemplo 1.48O quadrado não é linear; as lineares \(\R\to\R\)
  15. Proposição 1.49A composta de transformações lineares é linear
  16. Exemplo 1.50Derivada e integral: \(D\circ J = \mathrm{Id}\), mas \(J\circ D\neq\mathrm{Id}\)
  17. Proposição 1.51\(\Lin(V,W)\) é um espaço vetorial
  18. Proposição 1.52Uma transformação linear fica determinada num conjunto gerador
  19. Proposição 1.53Transformação linear com valores dados em \(e_1,\ldots,e_n\)
  20. Corolário 1.54Toda transformação linear \(\R^n\to\R^m\) é multiplicação por uma matriz
  21. Exemplo 1.55Valores dados em \(e_1,e_2\): existe e é única
  22. Exemplo 1.56Valores dados em \((2,1)\) e \((-1,1)\): existe e é única
  23. Exemplo 1.57Valores incompatíveis: não existe
  24. Definição 1.58Núcleo e imagem
  25. Proposição 1.59As fibras de \(T\) são translações do núcleo
  26. Proposição 1.60\(T\) é injetora se e somente se \(\Nuc(T) = \{0\}\)
  27. Nota 1.61Sistemas lineares, antecipados
  28. Exemplo 1.62Núcleo e imagem da derivada
  29. Exemplo 1.63Núcleo e imagem de uma \(T_A:\R^3\to\R^2\)
  30. Exemplo 1.64Núcleo e imagem do traço
  31. Exemplo 1.65Deslocamentos nas sequências
  32. Definição 1.66Isomorfismo
  33. Proposição 1.67A inversa de um isomorfismo é linear
  34. Proposição 1.68Isomorfismo é uma relação de equivalência
  35. Exemplo 1.69\(\Pol{n}\iso\R^{n+1}\)
  36. Exemplo 1.70\(\Mat{m}{n}\iso\R^{mn}\)
  37. Exemplo 1.71Os espaços com operações exóticas são isomorfos aos usuais
  38. Exemplo 1.72\(\mathcal{M}_{2\times2}(\R)\iso \Pol{3}\)
  39. Nota 1.73O que quer dizer isomorfismo
Motivação 1.35

Bijeções que transportam as operações

No Exemplo 1.27 e no Exemplo 1.28, uma bijeção \(\varphi\) transformava as operações estranhas nas usuais: \(\varphi(u\oplus v) = \varphi(u)+\varphi(v)\) e \(\varphi(\lambda\odot u) = \lambda\varphi(u)\). Essas duas igualdades viram definição: a de transformação linear (Definição 1.36).

Definição 1.36

Transformação linear

Sejam \(V\) e \(W\) espaços vetoriais. Uma função \(T:V\to W\) é uma transformação linear se, para todos \(u,v\in V\) e \(\lambda\in\R\), \[T(u+v) = T(u)+T(v)\qquad\text{e}\qquad T(\lambda v) = \lambda\,T(v).\] Quando \(V = W\), dizemos também que \(T\) é um operador linear em \(V\).

As somas dos dois lados são em espaços diferentes: à esquerda soma-se em \(V\), à direita em \(W\). A definição diz que tanto faz somar antes ou depois de aplicar \(T\); é a mesma frase para o produto por escalar. As duas condições são independentes, e as duas têm de ser verificadas: há funções \(\R^2\to\R^2\) que satisfazem \(f(\lambda v) = \lambda f(v)\) e não são lineares.

Em movimento: Linear transformations and matrices — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Proposição 1.37

Propriedades básicas das transformações lineares

Seja \(T:V\to W\) linear. Então:

  1. \(T(0) = 0\) e \(T(-v) = -T(v)\);

  2. \(T(a_1v_1+\cdots+a_kv_k) = a_1T(v_1)+\cdots+a_kT(v_k)\) para quaisquer \(v_i\in V\) e \(a_i\in\R\);

  3. reciprocamente, uma função \(T:V\to W\) com \(T(u+\lambda v) = T(u)+\lambda T(v)\) para todos \(u,v,\lambda\) é linear.

O item (a) dá um teste rápido de não-linearidade: se \(T(0)\neq0\), \(T\) não é linear. O item (c) é o modo econômico de verificar linearidade: uma conta só, em vez de duas.

Demonstração

(a) \(T(0) = T(0\cdot0) = 0\cdot T(0) = 0\), pela Proposição 1.7, aplicada duas vezes (em \(V\) e em \(W\)). E \(T(-v) = T((-1)v) = (-1)T(v) = -T(v)\).

(b) Indução em \(k\). Para \(k=1\) é a segunda condição da definição. Supondo válido para \(k-1\), \[T\Big(\sum_{i=1}^{k}a_iv_i\Big) = T\Big(\sum_{i=1}^{k-1}a_iv_i\Big)+T(a_kv_k) = \sum_{i=1}^{k-1}a_iT(v_i)+a_kT(v_k).\]

(c) Com \(\lambda = 1\) obtemos a aditividade. Com \(u = 0\) obtemos \(T(\lambda v) = T(0)+\lambda T(v)\); e \(T(0) = 0\) porque, com \(u = v = 0\) e \(\lambda = 1\), \(T(0) = T(0)+T(0)\), e cancela-se.

Exemplo 1.38

Multiplicação por uma matriz

Multiplicação por uma matriz. Dada \(A\in\Mat{m}{n}\), a função \(T_A:\R^n\to\R^m\), \(T_A(X) = AX\) (vetores escritos como colunas), é linear. A linearidade é \(A(X+\lambda Y) = AX+\lambda AY\), que é o item (c) da Proposição 1.37.

Exemplo 1.39

A derivada é linear

Derivada. \(D:\Pol{n}\to \Pol{n}\), \(D(p) = p'\), é linear. A verificação é uma linha, usando o item (c) da Proposição 1.37.

Em movimento: Abstract vector spaces — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Exemplo 1.40

A integral é linear

Integral. \(J:\Pol{n}\to \Pol{n+1}\), \(J(p)(x) = \int_0^xp(t)\,dt\), é linear. A verificação é uma linha, usando o item (c) da Proposição 1.37.

Exemplo 1.41

A avaliação num ponto é linear

Avaliação. Fixado \(a\in\R\), a função \(\mathrm{ev}_a:\Pol{n}\to\R\), \(\mathrm{ev}_a(p) = p(a)\), é linear. A linearidade é a definição das operações ponto a ponto (Exemplo 1.19).

Exemplo 1.42

Transposição e multiplicação à esquerda

Transposição e multiplicação à esquerda. São lineares \(A\mapsto A^t\) em \(\Mat{n}{n}\) e, fixada \(M\), \(A\mapsto MA\). A verificação é uma linha, usando o item (c) da Proposição 1.37.

Exemplo 1.43

O traço é linear

O traço. \(\tr:\Mat{n}{n}\to\R\), \(\tr(A) = a_{11}+\cdots+a_{nn}\), é linear. A verificação é uma linha, usando o item (c) da Proposição 1.37.

Exemplo 1.44

Rotação e projeção em \(\R^2\)

Rotação e projeção em \(\R^2\). A rotação de ângulo \(\theta\), \(R_\theta(x,y) = (x\cos\theta-y\sen\theta,\ x\sen\theta+y\cos\theta)\), e a projeção \(P(x,y) = (x,0)\), são lineares. Ambas são da forma \(T_A\) (Exemplo 1.38). Geometricamente: rodar um paralelogramo dá um paralelogramo, e por isso rodar \(u+v\) é o mesmo que somar os rodados.

Nota 1.45

Uma transformação linear do plano deforma a malha

figura

Uma transformação linear do plano leva a malha quadriculada numa malha de paralelogramos, e retas em retas. A malha da direita fica inteira determinada pelas duas flechas \(T(e_1)\) e \(T(e_2)\): o ponto que tinha coordenadas \((1,2)\) na malha da esquerda vai no ponto de coordenadas \((1,2)\) na malha da direita. É a Proposição 1.53 em uma figura: as duas flechas da direita são as colunas da matriz (Corolário 1.54). A “casinha” verde mostra que a figura inteira se deforma, e não só os vetores da base.

Em movimento: Linear transformations and matrices — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Exemplo 1.46

A translação não é linear

Translação. \(T(x,y) = (x+1,y)\) não é linear: \(T(0,0) = (1,0)\neq(0,0)\), contra o item (a) da Proposição 1.37. Na figura, \(T(u+v)\) e \(T(u)+T(v)\) diferem exatamente pelo deslocamento \((1,0)\) contado uma vez a mais.

figura

A translação \(T(x,y) = (x+1,y)\) não comuta com a soma. Ao calcular \(T(u)+T(v)\), o deslocamento \((1,0)\) entra duas vezes; em \(T(u+v)\), uma vez só. O ponto rosa, \(T(0)\neq0\), é o sintoma mais rápido de detectar.

Exemplo 1.47

O determinante não é linear

Determinante. \(\det:\mathcal{M}_{2\times2}(\R)\to\R\) não é linear: \(\det(I+I) = 4\neq2 = \det I+\det I\). Também \(\det(\lambda A) = \lambda^2\det A\).

Exemplo 1.48

O quadrado não é linear; as lineares \(\R\to\R\)

Quadrado. \(f:\R\to\R\), \(f(x) = x^2\), não é linear: \(f(2x) = 4f(x)\). As lineares \(\R\to\R\) são exatamente as \(x\mapsto cx\), porque \(f(x) = f(x\cdot1) = x f(1)\).

Proposição 1.49

A composta de transformações lineares é linear

Se \(T:V\to W\) e \(S:W\to U\) são lineares, então \(S\circ T:V\to U\) é linear.

Demonstração

\((S\circ T)(u+\lambda v) = S\big(T(u)+\lambda T(v)\big) = S(T(u))+\lambda S(T(v))\).

Em movimento: Matrix multiplication as composition — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Exemplo 1.50

Derivada e integral: \(D\circ J = \mathrm{Id}\), mas \(J\circ D\neq\mathrm{Id}\)

Com a derivada (Exemplo 1.39) e a integral (Exemplo 1.40), no espaço \(\Poli\) de todos os polinômios: \[D\circ J = \mathrm{Id},\qquad\text{mas}\qquad (J\circ D)(p) = p-p(0).\] A primeira é o teorema fundamental do cálculo; a segunda diz que \(J\circ D\) perde a constante. Guarde este par: \(J\) tem inversa à esquerda e não à direita. Isso é impossível em dimensão finita (Corolário 2.93) — e \(\Poli\) não tem dimensão finita.

Proposição 1.51

\(\Lin(V,W)\) é um espaço vetorial

Seja \(\Lin(V,W)\) o conjunto das transformações lineares de \(V\) em \(W\), com as operações \((T+S)(v) = T(v)+S(v)\) e \((\lambda T)(v) = \lambda T(v)\). Então \(\Lin(V,W)\) é um espaço vetorial.

Demonstração

As operações são as de \(\mathcal{F}(V,W)\), o espaço de todas as funções \(V\to W\) com operações ponto a ponto, que é espaço vetorial pelo mesmo argumento do Exemplo 1.19 (só que com valores em \(W\)). Como na Nota 1.25, basta ver que as operações não saem de \(\Lin(V,W)\), e que a função nula e \(-T\) são lineares. Para a soma: \[(T+S)(u+\mu v) = T(u)+\mu T(v)+S(u)+\mu S(v) = (T+S)(u)+\mu(T+S)(v);\] o produto por escalar é igual, e \(0 = 0\cdot T\) e \(-T = (-1)T\) são casos dele.

Proposição 1.52

Uma transformação linear fica determinada num conjunto gerador

Dizemos que \(v_1,\ldots,v_k\) geram \(V\) se todo \(v\in V\) é combinação linear deles (veja também a Definição 2.37).

Sejam \(v_1,\ldots,v_k\) vetores que geram \(V\), e \(T,S:V\to W\) lineares com \(T(v_i) = S(v_i)\) para todo \(i\). Então \(T = S\).

Demonstração

Dado \(v\in V\), escreva \(v = \sum_ia_iv_i\). Pelo item (b) da Proposição 1.37, \[T(v) = \sum_ia_iT(v_i) = \sum_ia_iS(v_i) = S(v).\]

Proposição 1.53

Transformação linear com valores dados em \(e_1,\ldots,e_n\)

Dados \(w_1,\ldots,w_n\in W\) quaisquer, existe uma única transformação linear \(T:\R^n\to W\) com \(T(e_i) = w_i\) para todo \(i\), a saber \[T(x_1,\ldots,x_n) = x_1w_1+\cdots+x_nw_n.\]

A proposição vale com qualquer base no lugar de \(e_1,\ldots,e_n\); para isso é preciso saber o que é base (Definição 2.64).

Demonstração

A fórmula é linear: \(T(x+\lambda y) = \sum_i(x_i+\lambda y_i)w_i = T(x)+\lambda T(y)\). E \(T(e_i) = w_i\). A unicidade é a Proposição 1.52, porque \(e_1,\ldots,e_n\) geram \(\R^n\).

Corolário 1.54

Toda transformação linear \(\R^n\to\R^m\) é multiplicação por uma matriz

Toda transformação linear \(T:\R^n\to\R^m\) é \(T = T_A\) para uma única matriz \(A\in\Mat{m}{n}\): a matriz cuja \(j\)-ésima coluna é \(T(e_j)\).

É o caso \(V=\R^n\), \(W=\R^m\) da matriz de uma transformação linear em bases quaisquer (Definição 3.2).

Demonstração

\(T_A(e_j) = Ae_j\) é a \(j\)-ésima coluna de \(A\). Se escolhemos essa coluna igual a \(T(e_j)\), então \(T_A\) e \(T\) coincidem nos \(e_j\), e a Proposição 1.52 dá \(T = T_A\).

Em movimento: Linear transformations and matrices · Three-dimensional linear transformations — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Exemplo 1.55

Valores dados em \(e_1,e_2\): existe e é única

Uma transformação linear \(T:\R^2\to\R^3\) com \(T(1,0) = (1,1,2)\) e \(T(0,1) = (0,1,-1)\): existe e é única, \(T(x,y) = (x,\ x+y,\ 2x-y)\).

Exemplo 1.56

Valores dados em \((2,1)\) e \((-1,1)\): existe e é única

Procura-se uma transformação linear \(T:\R^2\to\R^3\) com \(T(2,1) = (3,1,-1)\) e \(T(-1,1) = (1,0,2)\). Escrevemos \(e_1\) e \(e_2\) como combinações dos vetores dados: \[e_1 = \tfrac13\big[(2,1)-(-1,1)\big],\qquad e_2 = \tfrac13\big[(2,1)+2(-1,1)\big].\] Se \(T\) existe, então obrigatoriamente \[T(e_1) = \tfrac13\big[(3,1,-1)-(1,0,2)\big] = \big(\tfrac23,\tfrac13,-1\big),\qquad T(e_2) = \tfrac13\big[(3,1,-1)+2(1,0,2)\big] = \big(\tfrac53,\tfrac13,1\big).\] Reciprocamente, a transformação com esses valores em \(e_1,e_2\) (Proposição 1.53) satisfaz \(T(2,1) = 2T(e_1)+T(e_2) = (3,1,-1)\) e \(T(-1,1) = -T(e_1)+T(e_2) = (1,0,2)\). Existe e é única.

Exemplo 1.57

Valores incompatíveis: não existe

Uma transformação linear \(T:\R^2\to\R^2\) com \(T(1,1) = (1,0)\) e \(T(2,2) = (0,1)\): não existe, porque \((2,2) = 2(1,1)\) obriga \(T(2,2) = 2T(1,1) = (2,0)\).

Os dados só são incompatíveis quando há uma relação linear entre os vetores de partida que não é respeitada pelos de chegada. É a semente da independência linear (Definição 2.44).

Definição 1.58

Núcleo e imagem

Seja \(T:V\to W\) linear. O núcleo e a imagem de \(T\) são \[\Nuc(T) = \{v\in V: T(v) = 0\}\subset V,\qquad \Ima(T) = \{T(v): v\in V\}\subset W.\]

Os dois contêm o vetor nulo (de \(V\) e de \(W\), respectivamente) e são fechados por combinações lineares: se \(T(u) = T(v) = 0\) então \(T(u+\lambda v) = 0\); e \(T(u)+\lambda T(v) = T(u+\lambda v)\). Conjuntos assim são chamados subespaços (Definição 2.2).

Em movimento: Inverse matrices, column space, and null space — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Proposição 1.59

As fibras de \(T\) são translações do núcleo

Seja \(T:V\to W\) linear e \(v_0\in V\). Então \[\{v\in V : T(v) = T(v_0)\} = v_0+\Nuc(T) := \{v_0+u : u\in \Nuc(T)\}.\]

figura

As fibras de \(T(x,y) = x+y\). Cada reta paralela ao núcleo (verde) é levada inteira num único ponto de \(\R\): a reta azul, que passa por \(v_0 = (1,1)\), vai no \(2\). A proposição diz que isso vale sempre: as fibras de \(T\) são cópias transladadas do núcleo.

Leitura da figura: \(T\) é injetora exatamente quando as fibras têm um ponto só — e, como todas são cópias do núcleo, basta olhar o núcleo. É a Proposição 1.60.

Demonstração

\(T(v) = T(v_0)\iff T(v)-T(v_0) = 0\iff T(v-v_0) = 0\iff v-v_0\in \Nuc(T)\).

Proposição 1.60

\(T\) é injetora se e somente se \(\Nuc(T) = \{0\}\)

Uma transformação linear \(T\) é injetora se e somente se \(\Nuc(T) = \{0\}\).

Demonstração

(\(\Rightarrow\)) Se \(T(v) = 0 = T(0)\), a injetividade dá \(v = 0\). (\(\Leftarrow\)) Se \(T(u) = T(v)\), a Proposição 1.59 dá \(u\in v+\Nuc(T) = \{v\}\).

Nota 1.61

Sistemas lineares, antecipados

Sistemas lineares, antecipados. Com \(T = T_A\), a Proposição 1.59 diz: se \(X_0\) é uma solução de \(AX = b\), então todas as soluções são \(X_0+X_h\), com \(X_h\) solução do sistema homogêneo \(AX = 0\). E \(AX = b\) tem solução se e somente se \(b\in\Ima(T_A)\). É o esqueleto do estudo dos sistemas lineares (Teorema 3.22 e Proposição 3.21).

Exemplo 1.62

Núcleo e imagem da derivada

\(D:\Pol{n}\to \Pol{n}\): \(\Nuc(D)\) são os polinômios constantes e \(\Ima(D) = \Pol{n-1}\) (todo polinômio de grau \(\leq n-1\) é derivada de sua integral). \(D\) não é injetora nem sobrejetora.

Exemplo 1.63

Núcleo e imagem de uma \(T_A:\R^3\to\R^2\)

\(T_A:\R^3\to\R^2\) com \(A = \begin{pmatrix}1&1&0\\0&1&1\end{pmatrix}\): \(N(T_A)\) é dado por \(x+y = 0\), \(y+z = 0\), isto é, \(N(T_A) = \{t(1,-1,1): t\in\R\}\), uma reta. A imagem é \(\R^2\) inteiro, porque \(T_A(e_1) = (1,0)\) e \(T_A(e_3) = (0,1)\) já geram \(\R^2\).

Em movimento: Nonsquare matrices as transformations between dimensions — 3Blue1Brown (vídeo e texto, em inglês).

Exemplo 1.64

Núcleo e imagem do traço

\(\tr:\Mat{n}{n}\to\R\): a imagem é \(\R\) (pois \(\tr(\lambda E_{11}) = \lambda\)), e o núcleo são as matrizes de traço nulo.

Exemplo 1.65

Deslocamentos nas sequências

Deslocamentos nas sequências. Em \(\mathcal{F}(\N,\R)\), sejam \[S_d(x_0,x_1,x_2,\ldots) = (0,x_0,x_1,\ldots),\qquad S_e(x_0,x_1,x_2,\ldots) = (x_1,x_2,x_3,\ldots).\] \(S_d\) é injetora (\(N(S_d) = \{0\}\)) e não sobrejetora (a imagem são as sequências com \(x_0 = 0\)). \(S_e\) é sobrejetora e não injetora (\(N(S_e)\) são as sequências nulas a partir do segundo termo). E \(S_e\circ S_d = \mathrm{Id}\), enquanto \(S_d\circ S_e\neq\mathrm{Id}\).

figura

Os dois deslocamentos. \(S_d\) empurra tudo para a direita e põe um zero na frente (rosa): não perde informação, mas nunca produz uma sequência com \(x_0\neq0\). \(S_e\) empurra para a esquerda e descarta \(x_0\): atinge tudo, mas perde informação. Em dimensão finita esses dois comportamentos não podem ocorrer separados (Corolário 2.93).

Definição 1.66

Isomorfismo

Um isomorfismo é uma transformação linear bijetora. Se existe um isomorfismo \(V\to W\), dizemos que \(V\) e \(W\) são isomorfos e escrevemos \(V\iso W\).

Proposição 1.67

A inversa de um isomorfismo é linear

Se \(T:V\to W\) é um isomorfismo, a função inversa \(T^{-1}:W\to V\) é linear (e portanto também é um isomorfismo).

Demonstração

Sejam \(w_1,w_2\in W\) e \(\lambda\in\R\), e ponha \(v_i = T^{-1}(w_i)\). Pela linearidade de \(T\), \[T(v_1+\lambda v_2) = w_1+\lambda w_2,\] isto é, \(T^{-1}(w_1+\lambda w_2) = v_1+\lambda v_2 = T^{-1}(w_1)+\lambda T^{-1}(w_2)\).

Proposição 1.68

Isomorfismo é uma relação de equivalência

A composta de isomorfismos é isomorfismo, e \(\iso\) é uma relação de equivalência.

Demonstração

A composta de lineares é linear (Proposição 1.49) e a de bijeções é bijeção. A reflexividade é a identidade; a simetria é a Proposição 1.67; a transitividade é a composta.

Exemplo 1.69

\(\Pol{n}\iso\R^{n+1}\)

\(\Pol{n}\iso\R^{n+1}\) por \(a_0+a_1x+\cdots+a_nx^n\mapsto(a_0,\ldots,a_n)\).

Exemplo 1.70

\(\Mat{m}{n}\iso\R^{mn}\)

\(\Mat{m}{n}\iso\R^{mn}\), listando as entradas linha a linha.

Exemplo 1.71

Os espaços com operações exóticas são isomorfos aos usuais

Nos exemplos Exemplo 1.27 e Exemplo 1.28: \(\varphi(x,y) = (x-1,y+2)\) é um isomorfismo do \(\R^2\) com as operações \((\oplus,\odot)\) no \(\R^2\) usual; e \(\log\) é um isomorfismo dos reais positivos com o produto em \(\R\) com a soma. A inversa do segundo é a exponencial, e a Proposição 1.67 diz que ela é linear — isto é, que \(e^{a+b} = e^ae^b\) e \(e^{\lambda a} = (e^a)^\lambda\).

Exemplo 1.72

\(\mathcal{M}_{2\times2}(\R)\iso \Pol{3}\)

\(\mathcal{M}_{2\times2}(\R)\iso \Pol{3}\), compondo os isomorfismos do Exemplo 1.69 e do Exemplo 1.70: \(\R^4\) está no meio.

Nota 1.73

O que quer dizer isomorfismo

Isomorfismo quer dizer: o mesmo espaço, com os vetores com outros nomes. Toda afirmação que só use as operações — “estes vetores geram”, “este conjunto é fechado para combinações” — é verdadeira num espaço se e somente se é verdadeira no outro. Isso não vale para afirmações que usem estrutura extra: “\(p\) tem uma raiz” faz sentido em \(\Pol{3}\) e não em \(\mathcal{M}_{2\times2}(\R)\).

A pergunta “quando dois espaços são isomorfos?” tem resposta em dimensão finita: quando têm a mesma dimensão (Corolário 2.95).