线性代数之 |
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1. 四个基本子空间
行空间 \(C(A^T)\),一个 \(R^n\) 的子空间,由所有行的线性组合构成,维数为 \(r\)
列空间 \(C(A)\),一个 \(R^m\) 的子空间,由所有列的线性组合构成,维数为 \(r\)
零空间 \(N(A)\),一个 \(R^n\) 的子空间,由所有 \(Ax=0\) 的解的线性组合构成,维数为 \(n-r\)
左零空间 \(N(A^T)\),一个 \(R^m\) 的子空间,由所有 \(A^Ty=0\) 或者 \(y^TA=0^T\) 的解的线性组合构成,维数为 \(m-r\)
2. \(R\) 的四个基本子空间
假设 \(A\) 的最简行阶梯形式为 \(R\),我们可以很容易地从 \(R\) 找到四个子空间。 矩阵 \(R\) 中有两个主元,因此其秩为 2。 行空间的维数等于秩,为 2,其中一个基可以取 \(R\) 的前两行。 列空间的维数等于秩,为 2,主元所在的列为第一列和第四列,因此其中一个基为 \(R\) 中对应的两列。 零空间的维数等于 \(n-r\),为 3,有三个自由变量,因此对应着三个特解,它们就是零空间的一个基。 左零空间寻找的是 \(R\) 的行的线性组合来产生一个零向量。 显而易见,\(y_1\) 和 \(y_2\) 必须为 0,而 \(y_3\) 可以取任意值。左零空间的一个基为 (0, 0, 1),维数为 \(m-r=1\)。 2. \(A\) 的四个基本子空间\(R\) 和 \(A\) 有着相同的行空间、维数 \(r\) 和基。 \[EA=R \quad A = E^{-1}R \]由矩阵乘法可知,\(R\) 的每一行都是对 \(A\) 的行的线性组合,而且 \(A\) 的每一行也都是对 \(R\) 的行的线性组合。因此,消元只是改变了行,并没有改变行空间。 \(Ax=0\) 当且仅当 \(Rx=0\),它们的 \(r\) 个主列都是不相关的,它们的列空间维数都为 \(r\)。 其中 \(A\) 的列可以看作是对 \(E^{-1}\) 的列的线性组合,因此 \(A\) 和 \(E^{-1}\) 有着相同的列空间。 \(R\) 和 \(A\) 有着相同的零空间、维数和基,因为消元并不改变方程组的解。 \(A\) 的左零空间维数为 \(m-r\)。 因为 \(R\) 的最后 \(m-r\) 行为全零行,也就是 \(E\) 中最后 \(m-r\) 行对 \(A\) 的行的线性组合产生了零向量,因此它们是左零空间的一个基。 获取更多精彩,请关注「seniusen」! |
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