第一章线性空间与线性映射1(2)

2020-04-21 02:18

?1??0??0??1?n都是R的基 。称e1???,e2???,????????0???0?

?0??0?,en???为Rn和Cn的自然基底。

?????1??an?1xn?1,a0,a1,,an?1?R?,则

例1 P[x]n??f(x)f(x)?a0?a1x?1,x,x2,?,xn?1为P[x]n的基。

注:n次多项式的全体不构成线性空间,因为不封闭。

二、基与基的关系,向量在两组基下的坐标关系

定义7 设V(F)的两组基为?1,?2,?,?2?,,?n和 ?1?an1?n?,令 ,?n??1??a11?1?a12?2???????a??a??1n12n2?n

?ann?na1n?? ?ann??则

?,?2?, ??1即

?????1,?2,,?n,?n??a11????an1?,?2?, ??1称

?????1,?2,,?na1n?? ?ann??,?n?A

?a11A?????an1为由基?1,?2,

?,?2?,,?n到?1?的过渡矩阵。 ,?n命题8 基底过渡矩阵A可逆。

?,?2?,证明 因为?1?线性无关,所以 ,?n?x1??x????2??0 ,?n?????xn???1?,?2?,只有零解,即

??1,?2,

,?n?Ax?0

只有零解。又因为?1,?2,可逆。

所以Ax?0,即Ax?0只有零解,所以A,?n线性无关,

?,?2?,A?1为由基?1?到?1,?2,,?n,?n的过渡矩阵,这是因为

??1?,?2?,

定理1 设?1,?2,??A?1???1,?2,,?n,?n?

,?n到

?,?2?,,?n和?1?是V的两组基,且A为由?1,?2,,?n?,,?n?的过渡矩阵, V中向量x在基?1,?2,,?n和?1?,?2?,,?n?下的坐标分别?1?,?2?a1??a1???a??a??22为??与??,则 ????????????an????an????a1??a1?a??a???2??A?2? ??????????a????n??an?

?,?2?,证明 ??1?????1,?2,,?n,?n?A,而

?a1??a?,?n??2?

??????an?????a1?a?????2? ,?n????????an? x?a1?1??an?n???1,?2,??1??x?a1?,??n????1?,?2?an???1,?2,?a1???a??2,?n?A??

????????an?

因为?1,?2,,?n线性无关,故

???a1??a1?a??a??2???A?2? ???????????an?????an?例2 设

?1??0??1??,???1?,???0? ?1??1??2??3??????0???1???1???1??0??0??,????1?,????0? ?1???1??2??3??????1???1???1???,?2?,?3?的过渡矩阵。 是R3两个基,求由?1,?2,?3到?1??1??1?2(?1??2??3)????2解 由于??2 ?1??3??(??1??2??3)2?即

1??10??22???11?? ?,?2?,???1 ??13?[?1,?2,?3]?22??1?1??0?2??2?所以

?1?2?1A???2?1??2?1?0??2?1?1

?21??02???,?2?,?3?构成方阵,所以也有 在上例中,由于?1,?2,?3和?1?,?3???[?1,?2,?3]A ??1?,?2 8

?1?2?1?,?2?,?3????A?[?1,?2,?3]?1??1?2?1???21?0??2?1?1

2?1??02??例3 证明dimRm?n?mn。

证明 用Eij表示Rm?n中i,j位置是1其余都是0的矩阵,i?1,2,j?1,2,,n。即

,m,

?1k?i,l?j, Eij?(ekl)m?nekl???0其它因为对任意A?(aij)?Rm?n,有

A?a11E11?a12E12??a21E21?a22E22??a1nE1n ?a2nE2n

?am1Em1?am2Em2? ???aijEij,

i?1j?1mn?amnEmn

且E11,E12,,E1n,,Emn线性无关,所以 E11,E12,,E1n,E21,E22,,Emn

是Rm?n的基,且

dimRm?n?mn

例4 在P[x]3中取定两组基Ⅰ:x2,x,1,Ⅱ:2,(x?1)2,(x?1)2,求由Ⅰ到Ⅱ

的过渡矩阵,并求f(x)?2x2?8x?2在两组基下的坐标。

?2?2?解 ?(x?1)2?x2?2x?1,故得

?(x?1)2?x2?2x?1?9

?011?? [2,(x?1)2,(x?1)2]?[x2,x,1]?02?2????211??所以由Ⅰ到Ⅱ的过渡矩阵

?011?? A??02?2????211??故

?2?? 8f(x)?2x2?8x?2?[x2,x,1]??????2???2??。 8得f(x)在基x2,x,1下的坐标为??????2???2?? 8 f(x)?2x2?8x?2?[x2,x,1]??????2???011??2???8? 02?2 ?[2,(x?1)2,(x?1)2]???????211?????2????2?? 3 =[2,(x?1)2,(x?1)2]??????1????2??。 3得f(x)在基2,(x?1)2,(x?1)2下的坐标为??????1???1注:上式f(x)在基2,(x?1)2,(x?1)2下的坐标也可用定理1得到。

§1.4 线性子空间的相关结论

在§1.2中我们已经知道线性空间V(F)的非空子集W是V的子空间?W按

原来两种运算封闭。下面讨论子空间之间的运算关系、维数定理等。

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