diff --git a/sections/3B.typ b/sections/3B.typ index 7634ec8..7f265ec 100644 --- a/sections/3B.typ +++ b/sections/3B.typ @@ -476,7 +476,7 @@ #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 $dim range T S = 2$。 + + 给出一例:$S, T in LinearMap(FF^5)$,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 @@ -499,9 +499,9 @@ #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 对于(b),设 $v_1, dots, v_5$ 是 $FF^5$ 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 + #tab 设 $v in FF^5$,将 $v$ 表示为 $ v = a_1 v_1 + dots.c + a_5 v_5 $ @@ -519,5 +519,33 @@ &= 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 $dim range T S = 2$。 + #tab 这说明 $range T S = span(v_1, v_2)$,因此 $dim range T S = 2$。综上所述,$S, T in LinearMap(FF^5)$,使得 $S T = 0$ 且 $dim range T S = 2$。 +] + +#exercise_sol(type: "proof", label: "tricky")[ + 设 $W$ 是有限维向量空间,$S, T in LinearMap(V, W)$。证明:$null S subset.eq null T$,当且仅当,存在 $E in LinearMap(W)$,使得 $T = E S$。 +][ + 首先假设 $null S subset.eq null T$。令 $U = range S$,设 $w_1, dots, w_m$ 是 $U$ 的一组基。可以找到 $v_1, dots, v_m in V$,使得对于 $i in {1, dots, m}$, $S v_i = w_i$。 + + #let EU = $restricted(E, U)$ + #tab 根据线性映射引理(原书3.4),存在 $EU in LinearMap(U, W)$,使得对于任意 $i in {1, dots, m}$,有 $EU w_i = T v_i$。进一步,根据#exercise_ref(),存在 $E in LinearMap(W)$,使得对于任意 $u in U$,有 $E u = EU u$。 + + #tab 设 $v in V$,将 $S v$ 表示为 $S v = a_1 w_1 + dots.c + a_m w_m$,其中 $a_1, dots, a_m in FF$。则 + + $ S v = u = sum_(k = 1)^m c_k w_k = sum_(k = 1)^m c_k S v_k = S (sum_(k = 1)^m c_k v_k) $ + + #let vd = $v_Delta$ + #tab 令 $vd = v - sum_(k = 1)^m c_k v_k$,则 $S vd = 0$,即 $vd in null S subset.eq null T$,故 $T vd = 0$,即 + + $ T v &= T (sum_(k = 1)^m c_k v_k) \ + &= sum_(k = 1)^m c_k T v_k \ + &= sum_(k = 1)^m c_k E w_k \ + &= E (sum_(k = 1)^m c_k w_k) \ + &= E S v $ + + #tab 这说明 $T = E S$。 + + #tab 另一方面,现在假设存在 $E in LinearMap(W)$,使得 $T = E S$。设 $v in null S$,即 $S v = 0$,则 $T v = E S v = E 0 = 0$,故 $v in null T$。这说明 $null S subset.eq null T$。 + + #tab 综上所述,$null S subset.eq null T$,当且仅当,存在 $E in LinearMap(W)$,使得 $T = E S$。 ]