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  • 麻省理工公开课:线性代数 第6课 列空间和零空间

    参考资料:

    网易公开课:http://open.163.com/special/opencourse/daishu.html  麻省理工公开课:线性代数

    教材:Introduction to Linear Algebra, 4th edition  by Gilbert Strang

    链接:https://pan.baidu.com/s/1bvC85jbtOVdVdw8gYMpPZg 
    提取码:s9bl 

    一、向量空间和子空间(加法封闭、数乘封闭

    向量空间$R^3$的子空间:$R^3$、任意经过原点$(0, 0, 0)$的平面$P$和直线$L$、只包含零向量的空间$Z$

    并集:$Pigcup L$是子空间吗?  //否!对加法运算不封闭

    交集:$Pigcap L$是子空间吗?  //是!

    结论:任意子空间的交集仍然是子空间

    二、矩阵列空间 $C(A)$:所有列向量的线性组合构成的子空间

    (1)因为$A$为$4 imes 3$矩阵,列向量为四维向量,所以列空间$C(A)$是$R^4$的子空间(子空间)

    (2)$Amathbf{x}=mathbf{b}$对任何$mathbf{b}$都有解吗?  //否!当且仅当$mathbf{b}$位于矩阵$A$的列空间$C(A)$时,有解!

    (3)由于矩阵$A$的第三列为前两列的线性组合(和),所以列向量是线性相关的,列空间$C(A)$仅为$R^4$的二维子空间

    三、矩阵零空间 $N(A)$:$Amathbf{x}=color{red}0$的所有解$mathbf{x}$构成的子空间  //与$mathbf{b}$无关,等价于$mathbf{b}=mathbf{0}$

    (1)因为$A$为$4 imes 3$矩阵,向量$mathbf{x}$为三维向量,所以零空间$N(A)$是$R^3$的子空间

    (2)本例的零空间为$R^3$中的一条直线$c(1, 1, -1)$  //记(1, 1, -1)为列向量,[1 1 -1]为行向量

    (3)验证 $N(A)$为子空间

      假设:$Amathbf{v}=0$、$Amathbf{w}=0$

      则:$A(mathbf{v}+mathbf{w})=Amathbf{v}+Amathbf{w}=0$(加法封闭

        $A(cmathbf{v})=cAmathbf{v}=0$(数乘封闭

    (4)$Amathbf{x}=mathbf{b}, mathbf{b} eqmathbf{0}$ 的所有解是否构成子空间?  //否!解中不包含原点$mathbf{0}$,本例中所有的解构成不穿过原点的直线

    四、构造子空间的两类方法

    (1)已知空间内的向量,通过线性组合进行构造  //列空间

    (2)已知空间内向量必须满足的方程组,而空间内的向量未知  //零空间

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