2017年10月27日金曜日

学習環境

線型代数入門(松坂 和夫(著)、岩波書店)の第3章(線型写像)、9(線型写像の像と核)、問題6.を取り組んでみる。

  1. dim V < dim Wとする。

    ベクトル空間V、Wの基底。

    { v 1 ,⋯, v n } { w 1 ,⋯, w m } n<m

    FをVからWへの写像。

    F:V→W F( v k )= w k ( k=1,⋯,n ) v∈V v= x 1 v 1 +⋯+ x n v n F( v )= x 1 w 1 +⋯+ x n w n

    Fの線型性について。

    a,b∈V a= a 1 v 1 +⋯+ a n v n b= b 1 v 1 +⋯+ b n v n F( a+b ) =F( ( a 1 + b 1 ) v 1 +⋯+( a n + b n ) v n ) =( a 1 + b 1 ) w 1 +⋯+( a n + b n ) w n = a 1 w 1 +⋯+ a n w n + b 1 w 1 +⋯+ b n w n =F( a )+F( b ) F( ca ) =F( ( c a 1 ) v 1 +⋯+( c a n ) v n ) =( c a 1 ) w 1 +⋯+( c a n ) w n =c( a 1 w 1 )+⋯+c( a n ) w n =c( a 1 w 1 +⋯+ a n w n ) =cF( a )

    よって、Fは線型写像。

    GをWからVへの写像。

    G:W→V G( w k )= v k ( k=1,⋯,n ) G( w k )=0( k=n+1,⋯,m ) w∈W w= x 1 w 1 +⋯+ x m w m G( w )= x 1 v 1 +⋯+ x n v n

    Gの線型性について。

    a,b∈W a= a 1 w 1 +⋯+ a m w m b= b 1 w 1 +⋯+ b m w m G( a+b ) =G( ( a 1 w 1 +⋯+ a m w m )+( b 1 w 1 +⋯+ b m w m ) ) =G( ( a 1 + b 1 ) w 1 +⋯+( a m + b m ) w m ) =( a 1 + b 1 ) v 1 +⋯+( a n + b n ) w n = a 1 v 1 +⋯+ a n v n + b 1 v 1 +⋯+ b n v n =G( a )+G( b ) G( ca ) =G( c( a 1 w 1 +⋯+ a m w m ) ) =G( ( c a 1 ) w 1 +⋯+( c a m ) w m ) =( c a 1 ) v 1 +⋯+( c a n ) v n =c( a 1 v 1 )+⋯+c( a n v n ) =c( a 1 v 1 +⋯+ a n v n ) =cG( a )

    よって、Gは線型写像。

    合成写像について。

    v∈V v= x 1 v 1 +⋯+ x n v n ( G∘F )( v ) =G( F( v ) ) =G( x 1 w 1 +c+ x n w n ) = x 1 v 1 +⋯+ x n w n =v

    よって、合成写像は恒等写像である。

    G∘F= I V

    また、線型写像Fについて。

    w n ∈W F −1 ( { w n } )=ϕ

    よって、線型写像Fは前者ではないので、同型写像ではない。

    以上より、dim V = dim W を仮定しない場合に前問の結論は成り立たない。(証明終)

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