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#tab 解得 $dim range T = 2$,即 $dim range T = dim FF^2$根据“某空间中与之维数相同的子空间即为该空间本身”原书2.39$range T = FF^2$,即 $T$ 是满射。
]
#exercise_sol(type: "proof")[
$U$ $RR^8$ $3$ 维子空间,$T$ $RR^8 -> RR^5$ 的线性映射,使得 $null T = U$。证明:$T$ 是满射。
][
根据线性映射基本定理原书3.21),有
$ dim RR^8 = dim U + dim range T $
#tab 解得 $dim range T = 5$。根据“某空间中与之维数相同的子空间即为该空间本身”原书2.39$range T = RR^5$,即 $T$ 是满射。
]
#exercise_sol(type: "proof")[
证明:不存在 $FF^5 -> FF^2$ 的线性映射,使得其零空间等于
$ {(x_1, x_2, x_3, x_4, x_5) in FF^5 : x_1 = 3 x_2 and x_3 = x_4 = x_5} $
][
假设这样的线性映射 $T$ 存在。注意到,取
$ v_1 &= (3, 1, 0, 0, 0) \
v_2 &= (0, 0, 1, 1, 1) $
#tab $null T = span(v_1, v_2)$,因此 $dim null T = 2$。根据线性映射基本定理原书3.21
$ dim FF^5 = dim null T + dim range T $
#tab 解得 $dim range T = 3$,然而 $dim FF^2 = 2$根据“子空间的维数不超过该空间的维数”原书2.37$range T subset.eq FF^2$,因此 $dim range T <= dim FF^2 = 2$,矛盾。因此不存在这样的线性映射。
]
#exercise_sol(type: "proof")[
$V$ 上存在一个线性映射,使得其零空间和值域都是有限维的,证明:$V$ 是有限维的。
][
$T in LinearMap(V)$,使得 $dim null T = m$ $dim range T = n$,其中 $m, n in NN$。进一步可设 $u_1, dots, u_m$ $null T$ 的一组基,$T v_1, dots, T v_n$ $range T$ 的一组基。
#tab $w in V$,则 $T w in range T$,因此可以将 $T w$ 表示为
$ T w = a_1 T v_1 + dots.c + a_n T v_n $
#tab 其中 $a_1, dots, a_n in FF$。因此
$ T w = T (a_1 v_1 + dots.c + a_n v_n) $
#tab $v = a_1 v_1 + dots.c + a_n v_n$,则 $T (w - v) = 0$,故 $w - v in null T$,即存在 $b_1, dots, b_m in FF$,使得
$ w - v = b_1 u_1 + dots.c + b_m u_m $
#tab 这说明 $w$ 可以表示为
$ w = (a_1 v_1 + dots.c + a_n v_n) + (b_1 u_1 + dots.c + b_m u_m) $
#tab $w in span(u_1, dots, u_m, v_1, dots, v_n)$$V$ 可以被有限个向量张成,因此 $V$ 是有限维的。
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