线性代数(九)线性相关性、基与维数

首先给出向量组线性无关的概念,一组向量无法通过线性组合(除了全取0)得到0向量,则该组向量相互之间线性无关。

如果一个矩阵,其列向量组是线性无关的,那么这个矩阵的零空间将只有零向量;反之,如果矩阵的零空间中不仅仅存在零向量,这意味着可以通过线性组合将其列向量组合成零向量,也即这些向量线性相关。

矩阵的秩rank,代表着矩阵中主元个数,主列个数。如果rank=n(列数),同时也代表每个列都是主列,那它们彼此也是线性无关的;如果rank<n,则代表存在自由列,那么列向量之间也就是线性相关的。

一组向量,其所有线性组合将张成一个空间,该空间是包含这些向量(包括其线性组合)的最小空间;如在中,向量和向量的所有线性组合将构成一个平面空间,该空间是的子空间,所以这些向量自然也应该包含在中,所以说平面空间是包含这些向量的"最小"空间。

要想张成N维度空间,最少需要N个线性无关的向量,这些向量成为空间的一组基,基向量的个数就是张成的空间的维度,一个空间内可以有很多组基,但每组基所包含的向量的个数一定是相等的,为N。基向量构成的矩阵是一个可逆矩阵

给定矩阵,其列向量张成列空间,容易看出,该矩阵的列空间的一组基为,则其张成的列空间为即二维空间,同时矩阵的秩rank=2。矩阵的秩rank的意义除了代表矩阵的主元个数、主列个数,还代表着矩阵的列空间的维度。

矩阵的零空间同样是由一组基张成的。已知矩阵A有4列,rank=2,则自由列有4-2=2列,方程中的自由变量也有两个,基础解系有两个向量,显然这同样意味着零空间的维度是2。推广到m*n的情况,如果矩阵有n列,rank=r,则矩阵的零空间的维度等于方程Ax=0的自由变量的个数、基础解系的个数n-r。

显然,矩阵的列空间的维度和零空间的维度具有对称关系,列空间的维度为rank,而零空间的维度为n-rank

相关推荐
WangN27 小时前
Unitree RL Lab 学习笔记【通识】
人工智能·机器学习
吃好睡好便好7 小时前
在Matlab中绘制横直方图
开发语言·学习·算法·matlab
仰泳之鹅7 小时前
【C语言】自定义数据类型2——联合体与枚举
c语言·开发语言·算法
人工智能培训9 小时前
大模型与传统小模型、传统NLP模型的核心差异解析
人工智能·深度学习·神经网络·机器学习·生成对抗网络
x_yeyue10 小时前
三角形数
笔记·算法·数论·组合数学
念何架构之路11 小时前
Go语言加密算法
数据结构·算法·哈希算法
AI科技星11 小时前
《数学公理体系·第三部·数术几何》(2026 年版)
c语言·开发语言·线性代数·算法·矩阵·量子计算·agi
失去的青春---夕阳下的奔跑11 小时前
560. 和为 K 的子数组
数据结构·算法·leetcode
砥锋11 小时前
纯NumPy手写两层GCN:从零开始理解图神经网络核心思想
机器学习