Space: 列空间,零空间

时间:2025-03-28 08:04:17

1 子空间的交集    (Lec6)

  • 结论:设有R3
    上的子空间S和T,取两者的交,交仍为一个(子)空间

不严谨证明:

设v,w为S与T交集上的向量,因而v,w即属于S也属于T

对于S来说,v和w都是S的向量,则对v和w做线性组合一定在S内

同理对T来说,v与w也是T的向量,则v和w的线性组合也在T内

v和w的线性组合同时在S和T上,即v和w的线性组合在S与T的交内

即S和T的交满足加法和数乘封闭,是子空间

2 列空间    (Lec6)

对于一个m*n(列向量有m维)矩阵A,其列空间记为C(A),是一个$R^{m}的子空间;其一组基为A的列向量的最大线性无关组

Q1:给定矩阵A 

\begin{bmatrix}

 1\  1\ 2 \\ 
 2\  1 \ 3 \\ 
 3\  1 \ 4 \\
 4\  1\  5
\end{bmatrix}

是否对于任意的R^{4}上的b,方程Ax=b都有解?

问题有两个等价说法:

  • 换言之,是指对于任意的属于R^{4}上的b,都在A的列空间(R^{4}的子空间)中吗?
  • 既然b是R^{4}上任意的向量,那么A的列所生成的空间(列空间)需要充满整个R^{4}才能保证Ax=b永远有解,那么A真的是R^{4}本身吗?

答案既然是不的。

Q2:什么样的b能使Ax=b有解?

  • 处于A的列所生成的子空间(列空间)C(A)中的b

  • 总结:Ax=b有解,iff  b属于A的列空间C(A)

3 零空间(Null Space, Lec 6)

Def:A为m*n矩阵是齐次方程Ax=0的所有解所组成的空间,是满足方程Ax=0的所有的x的空间(可理解为b=0),记为N(A)

是R^{n}的子空间


对于上面的A,零空间是R^{3}的子空间


  • 零向量永远都是齐次方程的解(trivial sol)
  • 对于上述的A,c(1,1,-1)是其解 (c为任意常数)
  • A的零空间N(A)为零向量交c(1,1,-1),是三维空间的一条直线

Question: check if solution to Ax=0 是子空间

不严谨证明:

设v和w都是齐次方程的解,也即

Av=0, Aw=0

则A(v+w) 一定为0

即v+w满足该方程,是方程的一个解

同理,v和w的所有线性组合都满足,也就是说v和w的所有线性组合都是解,也就是说Ax=0的所有解封闭,是一个空间


Question 对比2中的Ax=b,其解集是空间吗?

否,(0,0,0)不是其解,不在方程的解空间内;不含O的都不是空间

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