线性代数(十一)子空间的扩展

之前我们所讨论的子空间都是"向量"子空间,而实际上子空间的对象可以做进一步的扩展,如矩阵、微分方程的解等等,只要满足对数乘和加法封闭即可。

例如,所有的三阶方阵构成一个3*3的矩阵空间,这个空间有许多子空间,如:3阶对称阵、3阶上三角阵等等。既然可以构成子空间,自然就存在相应的基,基的数量决定子空间的维度。

对于三维矩阵空间M,其维度为9,基的个数也为9,分别为......(元素1遍历9个位置的9个矩阵)

而对于三维对称矩阵空间N,其维度为6,基的个数为6,分别为:

而对于三维上三角矩阵空间P,其维度同样为6,基的个数为6,同样为:

而对于空间,根据性质其同样是一个子空间,实际上是三阶对角阵空间,其维度为3,基的个数为3,基分别为:

值得注意的是,空间并非一个子空间,其不满足对加法的封闭,空间N中的元素和P中的元素相加,很可能会得到空间之外的元素。(例如三维空间中两条异面直线,从两条直线上各取一个向量相加,可能会得到直线外的向量)

但是空间却可以构成另一个子空间,取空间N中的矩阵+空间P中的矩阵相加,即一个对称阵+一个上三角矩阵,将得到任意一个三维矩阵,所以构成的空间是

注意到

下面再通过微分方程来表述子空间。给出2阶微分方程:,现在要求求其零空间(即解空间 )。

容易想到或者。显然微分方程的解可以构成一个子空间,子空间的维度为2,一组基为。显然微分方程的所有解可以表述为

回到矩阵空间的概念。提出一个问题,如果M是5*17的矩阵空间,那么其所有rank=4的矩阵是否可以构成一个子空间?显然不可以。因为一个秩四空间加另一个秩四空间未必仍然得到一个秩四空间,且,这意味着两个秩四矩阵的和的秩可能取到8、7、6等等。(另外,由于子空间必须包含零矩阵,而零矩阵的秩是零,这个命题天然不成立)

再回到向量空间中,给出另外一个问题,对于空间,其中的向量,满足,这些向量是否能构成一个子空间?

显然是可以的,不难发现子空间是满足对加法和数乘封闭的。子空间的维度是多少?基是什么?

显然这个空间可以表述为某个矩阵的零空间,,对应的矩阵即为,而rank(A)=1,显然零空间的维度应该为列数n-rank(A)=4-1=3,所以该子空间的维度为3,基的个数有三个,不难求出一组基为

相关推荐
wno70430 分钟前
Spring Security权限控制
java·python·spring
ShineWinsu1 小时前
对于Coze—AI:SDK的解析
人工智能·python·ai·sdk·项目·coze·字节跳动
右耳朵猫AI1 小时前
Python周刊2026W38 | 标准流编码修复、PEP 845/846 草案、解析器提速 10%、集合字典二次复杂度
python·ai·数据科学
俗人六哥AI企业获客盈利系统1 小时前
知识库才是AI落地的分水岭
人工智能·线性代数·矩阵·自动化
微软技术分享1 小时前
大模型网络结构:模型接口测试用例参考
python
Bruce_Liuxiaowei3 小时前
Python 实例赋值遮蔽类属性:一个从不报错的静默陷阱
开发语言·python·语法糖
做运维的阿瑞3 小时前
Python 标准库汇总:分类速览与常用模块清单
linux·运维·python
why-geo3 小时前
Hermes Agent 与 Python 的会产生什么样的碰撞
人工智能·python·ai编程
正经教主3 小时前
【FDE系列】阶段2:Day 29:FastAPI 进阶 — Pydantic 模型与完整 CRUD 实战
人工智能·python·fde
gCode Teacher 格码致知3 小时前
Pandas教学-6:coerce详解
python·pandas