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0 这一节会用到以下内容 :

子空间

线性无关

列空间与零空间

子空间的维数

1 零空间的计算

利用矩阵的初等变换求一个矩阵的零空间(Ax=0):

其中矩阵A的行简化阶梯型(reduced row echelon form)记做rref(A)

获得方程组的增广矩阵:

化为行简化阶梯形:

转化回方程组:

     

这是就求出了A的零空间:

(i)观察上边张成零空间的两个列向量观察它们的第三和第四个分量。很容易判断出他们是线性无关的。

因此他们是该零空间的一组基。dim(N(A))=2 零空间的维度也叫做零度(nullity)

3 主元与自由元

通过求以上的零空间我们可以发现x3和x4是可以取任意的值的 而x1和x2可以用x3和x4的线性组合来表示

反之却不能。因此我们把可以自由取值的分量称为自由元如上边的x3,x4,对应的矩阵的列称为自由列,如上边矩阵的3,4列

而本身不能自由取值需要通过自由元获得的称为主元,对应的列称为主列(pivot column).如上边矩阵的1,2列,每个主列只有一个

分量为1,其余的是0.

4 矩阵列空间的维数

(i)观察刚才的行简化阶梯形:

其中前两列是线性无关的 而后两列均可以用前两列的线性组合表示。因此:

原矩阵A的前两列构成了列空间的一组基dim(C(A))=2

(ii)矩阵的列向量除了主列就是自由列因此如果用一个线性映射T U->X来表示矩阵A的话有:

dim(U)=dim(C(A))+dim(N(A))

(iii)矩阵的列空间的维数有另一个名称叫做矩阵的秩(rank)因此有:

dim(C(A))=rank(A).

 

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