Comencemos por plantear las imágenes de los vectores canónicos del dominio (R3):
f(1,0,0) = <a,1,1>
f(0,1,0) = <b,ab,b>
f(0,0,1) = <1,1,a>
Luego, observa que para que los tres vectores forman una base de R3 (cuya dimensión es 3), debemos tener que los tres vectores sean linealmente independientes, por lo que planteamos:
p<a,1,1> + q<b,ab,b> + r<1,1,a> = <0,0,0>, con p=0, q=0, r=0 como única solución.
Efectuamos los productos entre escalares y vectores, sumamos y queda:
< pa + qb + r , p + qab + r , p + qb + ra > = < 0 , 0 , 0 >
luego, por igualdad entre vectores, igualamos componente a componente y tenemos el sistema de ecuaciones (en el que buscaremos despejar p, q y r):
pa + qb + r = 0, de donde podemos despejar: r = - pa - qb (1) (observa que no tenemos restricciones para a o b en esta ecuación)
p + qab + r = 0
p + qb + ra = 0
sustituimos la expresión señalada (1) en las otras dos ecuaciones y queda:
p + qab - pa - qb = 0
p + qb + (- pa - qb)a = 0, aquí distribuimos el tercer término y queda: p + qb - pa2 - qba = 0
agrupamos y extraemos factores comunes p, q en ambas ecuaciones y queda:
p(1 - a) + q(ab - b) = 0
p(1 - a2) + q(b - ba) = 0
luego, recuerda que debemos obtener p = 0 y q = 0 como única solución, por lo que pasamos a estudiar la matriz del sistema:
A =
(1-a) (ab-b)
(1-a2) (b-ba)
que es una matriz cuadrada de orden 2, por lo que planteamos que su determinante debe ser distinto de cero, por lo que tenemos:
D = (1 - a)(b - ba) - (1-a2)(ab-b), factorizamos agrupamientos y queda:
D = (1 - a)b(1 - a) - (1 - a)(1 + a)(-b)(-a + 1), reducimos factores semejantes en los dos términos y queda:
D = b(1 - a)2 + b(1 + a)(1 - a)2, extraemos factores comunes y queda:
D = b(1 - a)2(1 + 1 + a), reducimos términos semejantes en el tercer factor y queda:
D = b(1 - a)2(2 + a);
luego, como debemos tener un sistema compatible determinado (recuerda la condición remarcada), planteamos:
D ≠ 0, sustituimos y queda:
b(1 - a)2(2 + a) ≠ 0, luego, por anulación de un producto tenemos:
b ≠ 0,
(1 - a)2≠0, en donde haces pasaje de potencia como raíz y queda: 1 - a ≠ 0, en donde haces pasaje de término y queda: 1 ≠ a,
2 + a ≠ 0, en donde haces pasaje de término y queda: a ≠ - 2.
Luego, si se cumplen las tres conciciones remarcadas, tenemos que los tres vectores imágenes de los vectores canónicos del dominio son linealmente independientes, y por lo tanto constituyen una base de R3, que es el conjunto imagen de la aplicación lineal f.
Observa que tenemos:
Dominio de la aplicación f: D = R3, cuya dimensión es: dim(D) = 3;
Imagen de la aplicación f: I = R3, cuya dimensión es: dim(I) = 3;
luego, si llamamos N al núcleo de la aplicación f, a partir de la relación entre las dimensiones:
dim(N) + dim(I) = dim(D), reemplazamos y queda:
dim(N) + 3 = 3, hacemos pasaje de término y queda:
dim(N) = 0,
por lo que tenemos que el Núcleo de la aplicación f es un conjunto unitario cuyo único elemento es el vector nulo de R3: N = { <0,0,0> }.
Espero haberte ayudado.