復(fù)旦大學(xué)謝啟鴻老師高等代數(shù)在線習(xí)題課 思考題分析與解 ep.32
本文內(nèi)容主要有關(guān)于線性同構(gòu),在高代白皮書(shū)上對(duì)應(yīng)第4.2.2節(jié)
題目來(lái)自于復(fù)旦大學(xué)謝啟鴻教授在本站高等代數(shù)習(xí)題課的課后思考題,本文僅供學(xué)習(xí)交流
習(xí)題課視頻鏈接:復(fù)旦大學(xué)謝啟鴻高等代數(shù)習(xí)題課_嗶哩嗶哩_bilibili
本人解題水平有限,可能會(huì)有錯(cuò)誤,懇請(qǐng)斧正!
練習(xí)題1? 設(shè)為數(shù)域
上的向量空間,
和
分別是
的基.定義
的線性映射
:
求證:組成向量空間
的一組基.若令
,這里
是基礎(chǔ)矩陣,證明
是線性同構(gòu).
分析與解? 首先驗(yàn)證組成向量空間
的一組基.
設(shè),注意到
中任意一個(gè)向量都可以表示為
的線性組合,從而不妨設(shè)
,于是得到
從而
于是,從而
線性無(wú)關(guān).顯然對(duì)任意的線性映射
,我們只需要考慮其在基向量上的取值,不妨設(shè)
顯然
從而對(duì)任意的可以表示為
的線性組合.
所以組成向量空間
的一組基.
接下來(lái)驗(yàn)證是線性同構(gòu).
首先這兩個(gè)空間維數(shù)相同,然后我們可以找到的逆映射,只需要考慮其在基向量上的取值:
,于是
是線性同構(gòu).
[Q.E.D]
注? 這個(gè)結(jié)論是十分顯然的,如果不是在這題要證明它們線性同構(gòu)的背景下,我們可以直接將第一個(gè)問(wèn)題幾何問(wèn)題代數(shù)化,研究mn維向量,但由基礎(chǔ)矩陣和mn維向量間獨(dú)特關(guān)系,我們直接研究基礎(chǔ)矩陣線性無(wú)關(guān)的性質(zhì)而立即得到組成向量空間
的一組基.
練習(xí)題2? 設(shè)是由幾乎處處為零的無(wú)窮實(shí)數(shù)數(shù)列(即
,其中只有有限多個(gè)
不為零)組成的實(shí)向量空間,
是由實(shí)系數(shù)多項(xiàng)式組成的實(shí)向量空間.若令
,其中
,證明
是線性同構(gòu).
分析與解? 容易找到的逆映射
對(duì)于任意的多項(xiàng)式,我們定義
,從而
其中,從而
從而
于是,即
是線性同構(gòu).
[Q.E.D]
練習(xí)題3(19級(jí)高代I每周一題第12題(1))? 設(shè)均為數(shù)域
上的
階矩陣,線性映射
定義為
.證明:若
,則
不是線性同構(gòu).
分析與解? 若是線性同構(gòu),則它是雙射.
若,由滿性可得
是行滿秩陣,否則
,從而
都存在右逆,適合右消去律,考慮方程
,則
.因?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=A" alt="A">不是列滿秩陣,由線性方程組解的判定定理,
不只有零解,從而
,與單性矛盾!
若,由滿性可得
是列滿秩陣,否則
,從而
都存在左逆,適合左消去律,考慮方程
,則
,即
.因?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=B%5E%5Cprime" alt="B%5E%5Cprime">不是列滿秩陣,由線性方程組解的判定定理,
不只有零解,即
不只有零解,從而
,與單性矛盾!
綜上,若,則
不是線性同構(gòu).
[Q.E.D]
事實(shí)上,我們還可以利用相抵標(biāo)準(zhǔn)型理論給出這道題的證明:
設(shè),其中
是
階非異陣,
是
階非異陣
從而,令
,其中
不全為零,則
,但
.
從而,由單性得到矛盾!
從而若,則
不是線性同構(gòu).
[Q.E.D]
文末附上圖片格式的解法,有需要的讀者可以自行取用,僅供學(xué)習(xí)交流

