九州大学 システム情報科学府 情報理工学専攻・電気電子工学専攻 2023年8月実施 線形代数
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)
Description
m×n 実行列 A と m 次元実ベクトル b に対して、
S={x∈Rn∣Ax=b},f(x)=Ax
とする。実ベクトル空間 V の部分集合 W が部分空間となるための必要十分条件は、以下の C1~C3 である。この事実は証明なしに用いてよい。
- C1. 0∈W。
- C2. u,v∈W ならば u+v∈W。
- C3. u∈W, c∈R ならば cu∈W。
(1) 次の A に対し、kerf の次元と基底を1組求めよ。
A=20008222460246.
(2) 一般に kerf が Rn の部分空間であることを示せ。
(3) S が Rn の部分空間であるならば b=0 であることを示せ。
(4) S が Rn の部分空間、A が正方行列であるとする。A が正則ならば S={0} であることを示せ。
题目描述
给定 m×n 实矩阵 A 和 b∈Rm,定义
S={x∈Rn∣Ax=b},f(x)=Ax.
- 对上述给定的 A,求 kerf 的维数及一组基。
- 证明 kerf 是 Rn 的子空间。
- 证明若 S 是 Rn 的子空间,则 b=0。
- 再设 A 为方阵且可逆,证明 S={0}。
Kai
(1)
x=(p,q,r,s)T とくと、Ax=0 より
p=−r,q=−3r−3s.
したがって
kerf=⎩⎨⎧r−1−310+s0−301r,s∈R⎭⎬⎫.
よって dimkerf=2 であり、例えば
−1−310,0−301
が基底である。
(2)
A0=0 より 0∈kerf。また u,v∈kerf と c∈R に対し、
A(u+v)=Au+Av=0,A(cu)=cAu=0.
よって C1~C3 が成り立ち、kerf は Rn の部分空間である。
(3)
S が部分空間ならば 0∈S であるから、
b=A0=0.
(4)
(3) より b=0。x∈S ならば Ax=0 である。A は正則なので
x=A−10=0.
また 0∈S であるから、S={0} である。