diff --git a/sections/3C.typ b/sections/3C.typ index 5a3487a..6f10e6d 100644 --- a/sections/3C.typ +++ b/sections/3C.typ @@ -1,4 +1,4 @@ -#import "../styles.typ": exercise_sol, note, tab +#import "../styles.typ": exercise_sol, note, tab, exercise_ref #import "../math.typ": LinearMap, range, Matrix, null, span, Poly #exercise_sol(type: "proof", label: "tricky")[ @@ -80,3 +80,21 @@ $ Matrix(D) = mat(1, 0, 0, 0; 0, 1, 0, 0; 0, 0, 1, 0) $ ] + +#exercise_sol(type: "proof")[ + 设 $V$ 和 $W$ 都是有限维向量空间,$T in LinearMap(V, W)$。证明:存在 $V$ 的一组基和 $W$ 的一组基,使得关于这些基的 $Matrix(T)$ 的第 $k$ 行第 $k$ 列元素为 $1$,其余元素为 $0$,其中 $k in {1, dots, dim range T}$。 +][ + 设向量组 $v_1, dots, v_ell$ 是 $null T$ 的一组基,根据“每个线性无关组都可被扩充成基“(原书2.32),可以找到 $v_(ell + 1), dots, v_m$,使得 $v_1, dots, v_m$ 是 $V$ 的一组基。对于 $j in {1, dots, m}$,令 $w_j = T v_j$,则根据#exercise_ref(),$w_1, dots, w_m$ 张成 $range T$。 + + #tab 另一方面,注意到 $w_1 = dots.c = w_ell = 0$,因此根据线性相关性引理(原书2.19),可得 $w_(ell + 1), dots, w_m$ 张成 $range T$。根据线性映射基本定理(原书3.21), + + $ dim range T = dim V - dim null T = m - ell $ + + #tab 再根据“长度恰当的张成组是基”(原书2.42),可知 $w_(ell + 1), dots, w_m$ 是 $range T$ 的一组基。 + + #tab 现在,将 $w_(ell + 1), dots, w_m$ 扩充为 $W$ 的一组基 $u_1, dots, u_n$,其中 $u_1 = w_(ell + 1), dots, u_(m - ell) = w_m$。现在考虑关于基 $v_(ell + 1), dots, v_m, v_1, dots, v_ell$(注意顺序)和基 $u_1, dots, u_n$ 的 $Matrix(T)$,则对于 $j in {1, dots, m - ell}$, + + $ T v_(ell + j) = u_j = 0 dot.c u_1 + dots.c + 0 dot.c u_(j-1) + 1 dot.c u_j + 0 dot.c u_(j+1) + dots.c + 0 dot.c u_n $ + + #tab 而对于 $j in {m - ell + 1, dots, m}$,$T v_j = 0$。因此,关于这些基的 $Matrix(T)$ 的第 $k$ 行第 $k$ 列元素为 $1$,其余元素为 $0$,其中 $k in {1, dots, dim range T}$。 +]