В частности, множество образов всевозможных
векторов из пространства является
подпространством в пространстве
.
Будем обозначать это подпространство
,
которое называется множеством значений отображения
, или образом пространства
при отображении
.
Определение. Размерность образа пространства при
отображении
называетсярангом этого отображения.
Обозначения: .
Если , т.е.
, то каждый вектор из
является образом
некоторого вектора из пространства
.
Отображение, обладающее этим свойством, называется сюръективным или
наложением (говорят
– отображение
на
).
Теорема 3.2.
Множество всех векторов из ,
переходящих при отображении
в
нулевой вектор, является подпространством в
.
Доказательство. Если
,
, то по определению
линейного отображения можем записать:
1) ;
2) .
Эти равенства означают, что множество всех
векторов из ,
переходящих при отображении
в
нулевой вектор, является подпространством в
.
Определение. Подпространство векторов из пространства , отображающихся в
нулевой вектор, называется ядром отображения
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
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
.
Доказательство.
() Пусть
– инъективно и
, тогда в пространстве
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.
() Пусть
и отображение не
инъективно. Это значит, что существует вектор
,
который имеет два разных прообраза, т.е. существуют векторы
такие, что
и
. В этом случае ядро
содержит, по крайней мере, один ненулевой вектор
(ядро - ненулевое
подпространство), так как
, следовательно,
, что, опять таки,
противоречит условию теоремы. Следовательно,
–
инъективно.
3.2. Координатное представление линейных отображений
Пусть –
базис в
, тогда образ
произвольного вектора из пространства
:
можно представить
в виде
(3.2)
Пусть – базис
, тогда каждый
из векторов
можно разложить по
базису f
Если , то (3.2) можно
переписать в виде (подставить
в
(3.2)):
, следовательно,
(3.3)
Коэффициенты – координаты векторов
в базисе f
образуют матрицу
, размеров
, которая называется
матрицей линейного отображения
в паре
базисов е и f.
Матрица составлена из
координатных столбцов образов базисных векторов
в базисе f .
Если – координатные столбцы
векторов
и
соответственно, то
равенство (3.3) в матричной форме принимает вид
(3.4)
При выбранных базисах е и f в
пространствах и
соответственно, каждая
матрица размеров
служит
матрицей некоторого линейного отображения
,
т.е. выбор базисов устанавливает взаимно однозначное соответствие между
линейными отображениями
и матрицами
размеров
.
Теорема 3.4. Ранг
матрицы линейного отображения равен рангу этого отображения .
Доказательство. Пусть
и
– номера столбов матрицы
, в которых расположен
базисный минор. Это значит, что векторы
линейно независимы и,
следовательно, каждый вектор
(
) есть их линейная
комбинация (см. теорему о базисном миноре).
Следовательно, образ любого вектора можно выразить только
через векторы
, т.е. эти
векторы образуют базис в
–
множестве значений отображения
, но их
число равно размерности
, т.е.
рангу отображения, следовательно,
.
Теорема 3.5.
Сумма ранга () и дефекта
отображения (размерности его ядра) равна размерности отображаемого пространства
.
Доказательство. Пусть
,
, тогда по определению
ядра линейного отображения
и
формуле (3.4) получаем
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.