Matrici e diagonalizzazione
Buongiorno, il titolo forse non è dei migliori, ma ho una domanda da fare a cui non riesco a dare una risposta (nella situazione attuale). Questa domanda è stata proposta ad un esame di Fondamenti di algebra lineare e geometria per ingegneria, ed è la seguente:
Siano A e B due matrici per cui esiste una base V = {v1, ... , vn} di autovettori per entrambe (non necessariamente relativi agli stessi autovalori). E' vero che AB = BA?
Ora io non riesco a capire così com'è formulata la domanda se A e B sono matrici dello stesso endomorfismo o meno, non capisco se la base è uguale per entrambe e non capisco nemmeno cosa significhi "non necessariamente relativi agli stessi autovalori".
In generale, poi, il prodotto tra matrici non è commutativo. Qualcuno mi da un aiuto a capire meglio e a risolvere la domanda?
Siano A e B due matrici per cui esiste una base V = {v1, ... , vn} di autovettori per entrambe (non necessariamente relativi agli stessi autovalori). E' vero che AB = BA?
Ora io non riesco a capire così com'è formulata la domanda se A e B sono matrici dello stesso endomorfismo o meno, non capisco se la base è uguale per entrambe e non capisco nemmeno cosa significhi "non necessariamente relativi agli stessi autovalori".
In generale, poi, il prodotto tra matrici non è commutativo. Qualcuno mi da un aiuto a capire meglio e a risolvere la domanda?

Risposte
Per come e' scritta la domanda (e se non ho capito male), la risposta e' si', e' vero.
Il motivo e' che c'e' una base in cui A e' diagonale con certi scalari \(a_1,\dots, a_r\) e $B$, nella stessa base, e' diagonale con certi scalari \(b_1,\dots, b_s\) (ammetto ripetizioni cosicche' gli $a_i$ e i $b_j$, contati con molteplicita', siano esattamente $n$). Allora, dato che la sottoalgebra delle matrici diagonali e' commutativa perche' isomorfa al prodotto diretto di $n$ copie dell'anello dei coefficienti, sai che $AB=BA$.
Il motivo e' che c'e' una base in cui A e' diagonale con certi scalari \(a_1,\dots, a_r\) e $B$, nella stessa base, e' diagonale con certi scalari \(b_1,\dots, b_s\) (ammetto ripetizioni cosicche' gli $a_i$ e i $b_j$, contati con molteplicita', siano esattamente $n$). Allora, dato che la sottoalgebra delle matrici diagonali e' commutativa perche' isomorfa al prodotto diretto di $n$ copie dell'anello dei coefficienti, sai che $AB=BA$.