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零空间、值域

零空间(null space)

定义: 对于某个 TL(V,W)T零空间记为 nullT ,它是 V 中被 T 映射为0的向量集合:

nullT={vV:Tv=0}

对于任意 u,vnull TλF ,根据零空间的定义,我们可以简单得到零空间中任意向量之和与标量乘法的结果:

T(u+v)=T(u)+T(v)=0u+vnullTT(λu)=λT(u)=λ0=0λunullT

所以,零空间是子空间

值域

定义: 对于某个 TL(V,W)T值域(range)记为 rangeT ,它是在 W 中由 v 的向量经 T 映射而来的向量集合:

rangeT={Tv:vV}

对于任意 v1,v2rangeTλF ,且设 w1=Tv1w2=Tv2 , 根据值域的定义,我们同样可以得到:

T(v1+v2)=Tv1+Tv2=w1+w2w1+w2rangeTT(λv1)=λTv1=λw1λw1rangeT

所以,值域是子空间

单射(injective)

定义: 如果某个 T:VW , 对于任意 v1,v2V ,当 Tv1=Tv2 只在 v1=v2 的情况下才成立时,则称 T单射的。

结合零空间的概念,我们可以得到结论:

  • 对于线性映射,单射性等同于零空间为 {0}

证明过程如下:

  1. T 是单射的线性映射,那么 T(0)=0 ,即{0}nullT ,设 vnullT ,则:
T(v)=0=T(0)v=0nullT={0}
  1. nullT={0} ,设 v1,v2VTv1=Tv2 , 则:
0=Tv1Tv2=T(v1v2)T(v1v2)nullTv1v2{0}v1v2=0v1=v2

满射(surjective)

定义: 如果某个 T:VW 的值域完全等于 W ,则称 T满射的。即:线性映射 T 的值域与其陪域(codomain)完全重合。

结合维数的概念,我们可以有这样的结论:

  • 若一个有限维非零线性映射的陪域维数和值域维数相同,那么该线性映射是满射的 。

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