麻省理工公開課 線性代數 第6課 列空間和零空間

2022-03-26 06:12:16 字數 1305 閱讀 8435

網易公開課:  麻省理工公開課:線性代數

教材:introduction to linear algebra, 4th edition  by gilbert strang

一、向量空間和子空間(加法封閉、數乘封閉)

向量空間$r^3$的子空間:$r^3$、任意經過原點$(0, 0, 0)$的平面$p$和直線$l$、只包含零向量的空間$z$

並集:$p\bigcup l$是子空間嗎?  //否!對加法運算不封閉

交集:$p\bigcap l$是子空間嗎?  //是!

結論:任意子空間的交集仍然是子空間

二、矩陣列空間 $c(a)$:所有列向量的線性組合構成的子空間

(1)因為$a$為$4\times 3$矩陣,列向量為四維向量,所以列空間$c(a)$是$r^4$的子空間(真子空間)

(2)$a\mathbf=\mathbf$對任何$\mathbf$都有解嗎?  //否!當且僅當$\mathbf$位於矩陣$a$的列空間$c(a)$時,有解!

(3)由於矩陣$a$的第三列為前兩列的線性組合(和),所以列向量是線性相關的,列空間$c(a)$僅為$r^4$的二維子空間

三、矩陣零空間 $n(a)$:$a\mathbf=\color0$的所有解$\mathbf$構成的子空間  //與$\mathbf$無關,等價於$\mathbf=\mathbf$

(1)因為$a$為$4\times 3$矩陣,向量$\mathbf$為三維向量,所以零空間$n(a)$是$r^3$的子空間

(2)本例的零空間為$r^3$中的一條直線$c(1, 1, -1)$  //記(1, 1, -1)為列向量,[1 1 -1]為行向量

(3)驗證 $n(a)$為子空間

假設:$a\mathbf=0$、$a\mathbf=0$

則:$a(\mathbf+\mathbf)=a\mathbf+a\mathbf=0$(加法封閉)

$a(c\mathbf)=ca\mathbf=0$(數乘封閉)

(4)$a\mathbf=\mathbf, \mathbf\neq\mathbf$ 的所有解是否構成子空間?  //否!解中不包含原點$\mathbf$,本例中所有的解構成不穿過原點的直線

四、構造子空間的兩類方法

(1)已知空間內的向量,通過線性組合進行構造  //列空間

(2)已知空間內向量必須滿足的方程組,而空間內的向量未知  //零空間

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