В частности, множество образов всевозможных
векторов из пространства  является
подпространством в пространстве
 является
подпространством в пространстве  .
Будем обозначать это подпространство
.
Будем обозначать это подпространство  ,
которое называется множеством значений отображения
,
которое называется множеством значений отображения  , или образом пространства
, или образом пространства при отображении
 при отображении  .
.
Определение. Размерность образа пространства  при
отображении
 при
отображении  называетсярангом этого отображения.
 называетсярангом этого отображения.
Обозначения:  .
.
Если  , т.е.
, т.е.  , то каждый вектор из
, то каждый вектор из  является образом
некоторого вектора из пространства
является образом
некоторого вектора из пространства  .
Отображение, обладающее этим свойством, называется сюръективным или
наложением (говорят
.
Отображение, обладающее этим свойством, называется сюръективным или
наложением (говорят  – отображение
 – отображение
 на
на ).
).
Теорема 3.2.
Множество всех векторов из  ,
переходящих при отображении
,
переходящих при отображении  в
нулевой вектор, является подпространством в
 в
нулевой вектор, является подпространством в  .
.
Доказательство. Если
 ,
,  , то по определению
линейного отображения можем записать:
, то по определению
линейного отображения можем записать:
1)  ;
;
2)  .
.
Эти равенства означают, что множество всех
векторов из  ,
переходящих при отображении
,
переходящих при отображении  в
нулевой вектор, является подпространством в
 в
нулевой вектор, является подпространством в  .
.
Определение. Подпространство векторов из пространства  , отображающихся в
нулевой вектор, называется ядром отображения
, отображающихся в
нулевой вектор, называется ядром отображения  и обозначается
 и обозначается  .
.
Таким образом,   .
.
Ядро линейного отображения не может быть пустым, так как содержит, по крайней мере, один вектор – нулевой.
Действительно,  т.е. при линейном отображении
нулевой вектор
 т.е. при линейном отображении
нулевой вектор  переходит в
нулевой вектор
 переходит в
нулевой вектор  .
.
Определение. Размерность ядра называется дефектом линейного отображения.
Определение. Отображение, при котором разные векторы имеют разные образы, называется инъективным или вложением.
Теорема 3.3. Отображение  является
инъективным тогда и только тогда, когда его ядро есть нулевое подпространство
 является
инъективным тогда и только тогда, когда его ядро есть нулевое подпространство
 .
.
Доказательство.
( ) Пусть
) Пусть
 – инъективно и
 – инъективно и  , тогда в пространстве
, тогда в пространстве  существуют векторы,
имеющие не один прообраз, а, по крайней мере, два, таким является, например,
нулевой вектор
 существуют векторы,
имеющие не один прообраз, а, по крайней мере, два, таким является, например,
нулевой вектор  (смотри
определение и утверждение 3.2). Но это противоречит условию теоремы.
 (смотри
определение и утверждение 3.2). Но это противоречит условию теоремы. 
( ) Пусть
) Пусть и отображение не
инъективно. Это значит, что существует вектор
 и отображение не
инъективно. Это значит, что существует вектор  ,
который имеет два разных прообраза, т.е. существуют векторы
,
который имеет два разных прообраза, т.е. существуют векторы  такие, что
такие, что  и
 и  . В этом случае ядро
содержит, по крайней мере, один ненулевой вектор
. В этом случае ядро
содержит, по крайней мере, один ненулевой вектор  (ядро - ненулевое
подпространство), так как
 (ядро - ненулевое
подпространство), так как
 , следовательно,
, следовательно, , что, опять таки,
противоречит условию теоремы. Следовательно,
, что, опять таки,
противоречит условию теоремы. Следовательно,  –
инъективно.
 –
инъективно.
3.2. Координатное представление линейных отображений
Пусть  –
базис в
 –
базис в  , тогда образ
произвольного вектора из пространства
, тогда образ
произвольного вектора из пространства  :
:  можно представить
в виде
 можно представить
в виде
 (3.2)
                              
(3.2)
Пусть  – базис
 – базис  , тогда каждый
из векторов
, тогда каждый
из векторов  можно разложить по
базису  f
 можно разложить по
базису  f

Если   ,  то (3.2) можно
переписать в виде (подставить
,  то (3.2) можно
переписать в виде (подставить  в 
(3.2)):
 в 
(3.2)):

 , следовательно,
, следовательно,
 (3.3)
                   (3.3)
Коэффициенты  – координаты векторов
 – координаты векторов
 в базисе  f 
образуют матрицу
 в базисе  f 
образуют матрицу  , размеров
, размеров 
 , которая называется
матрицей линейного отображения
, которая называется
матрицей линейного отображения  в паре
базисов  е  и  f.
 в паре
базисов  е  и  f.
Матрица  составлена из
координатных столбцов образов базисных векторов
 составлена из
координатных столбцов образов базисных векторов  в базисе  f .
 в базисе  f .
Если  – координатные столбцы
векторов
 – координатные столбцы
векторов  и
 и  соответственно, то
равенство (3.3) в матричной форме принимает вид
 соответственно, то
равенство (3.3) в матричной форме принимает вид
 (3.4)
                                                          
(3.4)
При выбранных базисах е и  f  в
пространствах  и
 и  соответственно, каждая
матрица размеров
 соответственно, каждая
матрица размеров  служит
матрицей некоторого линейного отображения
служит
матрицей некоторого линейного отображения  ,
т.е. выбор базисов устанавливает взаимно однозначное соответствие между
линейными отображениями
,
т.е. выбор базисов устанавливает взаимно однозначное соответствие между
линейными отображениями  и матрицами
размеров
 и матрицами
размеров .
.
Теорема 3.4. Ранг
матрицы линейного отображения равен рангу этого отображения  .
.
Доказательство. Пусть
 и
 и  – номера столбов матрицы
 – номера столбов матрицы  , в которых расположен
базисный минор. Это значит, что векторы
, в которых расположен
базисный минор. Это значит, что векторы  линейно независимы и,
следовательно, каждый вектор
  линейно независимы и,
следовательно, каждый вектор  (
 ( ) есть их линейная
комбинация (см. теорему о базисном миноре).
) есть их линейная
комбинация (см. теорему о базисном миноре).
Следовательно, образ любого вектора  можно выразить только
через векторы
 можно выразить только
через векторы  , т.е. эти
векторы образуют базис в
, т.е. эти
векторы образуют базис в  –
множестве значений отображения
 –
множестве значений отображения  , но их
число равно размерности
, но их
число равно размерности  , т.е.
рангу отображения, следовательно,
, т.е.
рангу отображения, следовательно,  .
.
Теорема 3.5.
Сумма ранга ( ) и дефекта
отображения (размерности его ядра) равна размерности отображаемого пространства
) и дефекта
отображения (размерности его ядра) равна размерности отображаемого пространства
 .
.
Доказательство. Пусть
 ,
,  , тогда по определению
ядра линейного отображения
, тогда по определению
ядра линейного отображения  и
формуле (3.4) получаем
 и
формуле (3.4) получаем
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.