diff --git a/sections/3B.typ b/sections/3B.typ index 6634ebe..7634ec8 100644 --- a/sections/3B.typ +++ b/sections/3B.typ @@ -473,3 +473,51 @@ #tab 综上所述,$dim range S T <= min{dim range S, dim range T}$。 ] + +#exercise_sol(type: "answer")[ + + 设 $dim V = 5$,且 $S, T in LinearMap(V)$,使得 $S T = 0$。证明 $dim range T S <= 2$; + + 给出一例:$S, T in LinearMap(V)$,使得 $S T = 0$ 且 $dim range T S = 2$。 +][ + 对于(a),根据线性映射基本定理(原书3.21),有 + + $ dim V &= dim null S + dim range S \ + dim V &= dim null T + dim range T $ + + #tab 设 $v in V$,则 $S (T v) = S T v = 0$,故 $range T subset.eq null S$,即 $dim range T <= dim null S$。再代入 $dim V = 5$,整理得 + + $ dim range T + dim range S <= dim null S + dim range S = 5 $ + + #tab 注意到 $3 + 3 = 6 > 5$,故 $dim range T < 3$ 或 $dim range S < 3$。分类讨论:当 $dim range T < 3$ 时,即 $dim range T <= 2$。考虑到 + + $ range T S = {T v : v in range S} subset.eq range T $ + + #tab 这说明 $dim range T S <= dim range T <= 2$。 + + #tab 另一方面,当 $dim range S < 3$ 时,即 $dim range S <= 2$,故 $dim null S >= 3$。根据“线性映射将 $0$ 映射到 $0$”(原书3.10),$0 in null T$,故 + + $ null S = {v in V : S v = 0} subset.eq {v in V : S v in null T} = null T S $ + + #tab 这说明 $3 <= dim null S <= dim null T S$,再根据线性映射基本定理(原书3.21),可得 $dim range T S <= 2$。 + + #tab 对于(b),设 $v_1, dots, v_5$ 是 $V$ 的一组基。根据线性映射引理(原书3.4),存在 $S, T in LinearMap(V)$,使得 $S v_1 = S v_2 = S v_3 = 0$,$S v_4 = v_4$,$S v_5 = v_5$,以及 $T v_1 = T v_2 = T v_3 = 0$,$T v_4 = v_1$,$T v_5 = v_2$。 + + #tab 设 $v in V$,将 $v$ 表示为 + + $ v = a_1 v_1 + dots.c + a_5 v_5 $ + + #tab 其中 $a_1, dots, a_5 in FF$。则 + + $ S T v &= S (a_1 T v_1 + dots.c + a_5 T v_5) \ + &= S (a_4 v_1 + a_5 v_2) \ + &= a_4 S v_1 + a_5 S v_2 \ + &= 0 $ + + #tab 这说明 $S T = 0$。而 + + $ T S v &= T (a_1 S v_1 + dots.c + a_5 S v_5) \ + &= T (a_4 v_4 + a_5 v_5) \ + &= a_4 T v_4 + a_5 T v_5 \ + &= a_4 v_1 + a_5 v_2 $ + + #tab 这说明 $range T S = span(v_1, v_2)$,因此 $dim range T S = 2$。综上所述,$S, T in LinearMap(V)$,使得 $S T = 0$ 且 $dim range T S = 2$。 +]