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千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2020年8月実施 専門 A1

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description

KK 上のベクトル空間 V,WV,W と線形写像 f:VWf:V\to W を考える。双対空間を V=HomK(V,K)V^*=\operatorname{Hom}_K(V,K) とし、f:WVf^*:W^*\to V^*f(σ)=σff^*(\sigma)=\sigma\circ f で定める。

  1. ff^* は線形であることを示せ。
  2. ff が全射ならば ff^* は単射であることを示せ。
  3. g:UVg:U\to V は線形、kerf=Img\ker f=\operatorname{Im}gff は全射、dimV=m\dim V=mdimW=n\dim W=n とする。gg^* の階数を求めよ。

题目描述

f:VWf:V\to W 为域 KK 上的线性映射,V=HomK(V,K)V^*=\operatorname{Hom}_K(V,K)f(σ)=σff^*(\sigma)=\sigma\circ f。(1) 证明 ff^* 线性;(2) 证明 ff 满射则 ff^* 单射;(3) 另有线性映射 g:UVg:U\to V,满足 kerf=Img\ker f=\operatorname{Im}gff 满射,dimV=m\dim V=mdimW=n\dim W=n,求 gg^* 的秩。

Kai

(1) 任意の a,bKa,b\in Kσ,τW\sigma,\tau\in W^*vVv\in V に対し

f(aσ+bτ)(v)=aσ(f(v))+bτ(f(v))=(afσ+bfτ)(v).f^*(a\sigma+b\tau)(v)=a\sigma(f(v))+b\tau(f(v))=(af^*\sigma+bf^*\tau)(v).

(2) fσ=0f^*\sigma=0 とする。任意の wWw\in Wf(v)f(v) と書けるから、σ(w)=σ(f(v))=0\sigma(w)=\sigma(f(v))=0。よって kerf=0\ker f^*=0

(3) kerg=Imf\ker g^*=\operatorname{Im}f^* を示す。fg=0f\circ g=0 より右辺は左辺に含まれる。逆に λkerg\lambda\in\ker g^*kerf=Img\ker f=\operatorname{Im}g 上で消えるので、σ(f(v))=λ(v)\sigma(f(v))=\lambda(v) は矛盾なく WW 上の線形汎関数を定め、λ=fσ\lambda=f^*\sigma となる。(2) より dimkerg=dimW=n\dim\ker g^*=\dim W^*=n。したがって

rankg=mn.\boxed{\operatorname{rank}g^*=m-n}.