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矩阵空间
矩阵可以同向量一样,做求和、数乘。设所有矩阵组成的矩阵空间为的部分子空间包括:
- 所有的上三角阵
- 所有的对称阵
- 所有的对角阵 ,前两者的交集
用矩阵举例,其矩阵空间记为 。
空间的维数为9,与空间很类似。可以选定它的一组基:
对称阵构成的子空间维数为6,它的一组基为:
上三角阵构成的子空间维数也为6,它的一组基为:
对角阵构成的子空间维数为3,可以选定和的基的交集为的基
所以,对三阶对称矩阵空间有 、上三角矩阵空间有 、对角矩阵空间有
和的并集,即 矩阵中或为上三角阵或为对称阵的矩阵,构成的子空间么?
答案是否定的,这就如同在空间中找出两条直线,询问它们的并集是否构成一个子空间。如果将和中所有元素可能构成的加和作为一个集合,可以称为和集,它是的一个子空间。实际上就是本身,其维数为9。
微分方程
,即
方程的解有: 等等( )
而该方程的所有解: 。也将解的线性组合构成的空间称为解空间,其维数为2。所以,该方程的零空间的一组基为 ,零空间的维数为 。同理 可以作为另一组基。
秩1矩阵
矩阵。
且 ,所有的秩一矩阵都可以划为 的形式,这里的 均为列向量。
秩1矩阵类似“积木”,可以搭建任何矩阵,如对于一个 秩为的矩阵,只需要个秩1矩阵就可以组合出来。
令代表所有 , 中所有秩矩阵组成的集合并不是一个子空间,通常两个秩四矩阵相加,其结果并不是秩四矩阵。
现在,在 空间中有向量 ,取 中满足 的所有向量组成一个向量空间 ,则 是一个向量子空间。易看出,不论是使用系数乘以该向量,或是用两个满足条件的向量相加,其结果仍然落在分量和为零的向量空间中。
从另一个角度看,等价于 ,则就是 的零空间。,则对其零空间有 ,则的维数是。
矩阵的四个基本子空间:
行空间: ,其中的一组基是 ;
零空间: ,其中的一组基是
列空间: ,其中一组基是 ,可以看出列空间就是整个 空间。
左零空间: ,因为 转置后没有非零的 可以使 成立,就是 。
综上,