線性代數之向量空間

2021-09-06 11:49:30 字數 1709 閱讀 2153

0. 儘管我們在大多數情況下我們以rn作為向量空間的研究物件,但實際上有很多非rn形式的向量空間。

例如,最高次冪為n的多項式空間。

這裡我們需要區分向量空間和向量座標:向量空間可能是非rn形式,但向量的座標一定是rn的。

x是向量;[x]b是x在基b下的座標。

0.5 mxn矩陣將rn對映到rm (可簡記為m<-n)

1. mxn矩陣a的零空間是rn的子空間;同樣,m個方程n個未知數的齊次線性方程組的解的集合也是rn的子空間。

nula的生成集中向量的個數等於方程ax=0中自由變數的個數。

當且僅當ax=0僅有平凡解,nula=。

當且僅當x|->ax是一對一的,nula=。

解釋:x|->ax一對一 ==> x各列線性無關 ==> ax=0僅有平凡解。

2. mxn矩陣a的列空間是a的列的線性組合組成的集合,cola是rm的子空間。

當且僅當ax=b對每乙個b都有乙個解,cola=rm

當且僅當x|->ax將rn映上到rm,cola=rm

3. 向量空間v->w的線性變換t將v中每個向量x對映成w中唯一向量t(x)

線性變換t的核(即零空間)是v中所有滿足t(u)=0的向量u的集合

t的值域(即列空間)是w中所有具有形式t(x)的向量的集合

4. 矩陣的行初等變換不影響矩陣列的線性相關關係(想象方程組的求解過程)

5. 矩陣a的主元列構成cola的乙個基

與矩陣a等價的階梯矩陣的非零行構成rowa的乙個基

若兩個矩陣行等價,它們有相同的行空間:因為行等價的兩個矩陣例如a、b,b的行是a的行的線性組合,反之亦然。

矩陣行空間維數等於列空間維數等於主元列個數等於矩陣的秩(rank)。

矩陣零空間維數等於齊次方程解的自由變數個數。

6. 如果乙個一般意義上的向量空間(不一定是rx)的基包含n個向量,那麼該向量空間中的某個向量可以用相對於該基的座標操作,這樣就使得操作v像操作rn一樣方便。

例如,n次多項式向量空間的乙個基是

向量y=a0+a1t+...+antn相對於該基的座標是rn+1中的向量:

[a0 a1 ... an]t

使用上述座標,就可以比較簡單地判斷多個多項式是否線性相關。

7. 對rn中的乙個基b=,若令pb=[b1 b2 ... bn]

那麼:x=pb[x]b

[x]b=pb

-1x「標準值」除以該基準(或乘以pb

-1),就得到該基準下的示值。

8. 若向量空間v的乙個基是b=,那麼x|->[x]b是由v映上到rn的一對一的線性變換。

9. 若b和c都是向量空間v的基,假定基中的向量個數為n,則存在乙個nxn矩陣pc<-b使得:

[x]c

=pc<-b

[x]b

其中pc<-b是基b中向量的c-座標向量:

pc<-b=[ [b1]c ... [bn]c ]

該矩陣稱為由b到c的座標變換矩陣。自然,

[x]b=pc<-b

-1[x]c

如上所述,pc<-b是基b中向量的c-座標向量,所以可以按下式求pc<-b:

[c1...cn

|  b1...bn

]  ~  [ i  |  pc

<-b

]10. 乙個具有非負分量且各分量數值相加等於1的向量稱為概率向量;隨機矩陣是各列均為概率向量的方陣。

對乙個nxn的正規隨機矩陣p,存在穩態向量(也是概率向量)q使得pq=q

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