3)
Recuerda que para una transformación lineal debe cumplirse que la dimensión del dominio es igual a la suma de la dimensión del núcleo más la dimensión de la imagen.
En este ejercicio, tienes que el dominio es R3 y la dimensión del dominio es tres,
tienes que la dimensión del núcleo es dos, ya que todos sus elementos son generados por los dos vectores linealmente independientes que muestra el enunciado (<1,0,1> y <1,1,1>),
y tienes que la dimensión de la imagen es dos, ya que todos sus elementos son generados por los dos vectores linealmente independientes que te muestra el enunciado (<1,0,0,0> y <1,2,0,0>).
Por lo tanto observa que la suma de las dimensiones del núcleo y de la imagen es cuatro, que es distinta de la dimensión del dominio, por lo que concluyes que no existe una transformación lineal que cumpla con las condiciones del enunciado.
4)
Tomamos un vector genérico del núcleo de la transformación lineal, por lo que planteamos:
f(x,y,z) = <0,0,0>, luego sustituimos y queda:
<2x+y+4z,x+y+2z,x+y+3z> = <0,0,0>,
igualamos componente a componente y queda el sistema:
2x + y + 4z = 0
x + y + 2z = 0
x + y + 3z = 0, de aquí despejamos: y = - x - 3z (1),
sustituimos la expresión señalada (1) en las dos primeras ecuaciones y queda:
x + z = 0
- z = 0, de aquí despejamos: z = 0,
reemplazamos en la primera ecuación y queda:
x = 0,
reemplazamos los valores remarcados en la ecuación señalada (1) y queda: y = 0,
por lo que concluimos que el núcleo de la transformación lineal es el conjunto ker(f) = { <0,0,0> }, y como el vector nulo es su único elemento, tenemos que su dimensión es cero.
Luego, observa que el dominio es R3 y que su dimensión es tres,
observa que el codominio es R3,
y de acuerdo a la relación entre las dimensiones del núcleo (cero), del dominio (tres) y de la imagen,
tenemos que la dimensión de la imagen de la transformación lineal es tres,
por lo que tenemos que la imagen coincide con el codominio, y es el conjunto R3.
Espero haberte ayudado.