生成子空間

生成子空間

對於線性空間V,dim spana1,a2……an=ranka1,a2……an,也就是說span是線性空間V其中的一個最大無關組時,則稱該子空間為生成線性子空間。 設向量組α1,α2,···,αm線上性空間V中,由它們的一切線性組合生成的子空間: Spanα1,α2,···,αm =L(α1,α2,···,αm) = {k1α1+k2α2+···+kmαm| ki}

定義

生成子空間 生成子空間
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生成子空間 生成子空間

設 是 R中任一組向量。記 的所有線性組合的集合為 ,即

生成子空間 生成子空間
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稱 為向量組 生成的子空間

定理

生成子空間 生成子空間
生成子空間 生成子空間

1.設 是 R中任一組向量。則 是R 的一個子空間。

生成子空間 生成子空間

2.設W是 R的一個子空間, 是W中一組向量,Span(ααα)⊆ W。

生成子空間 生成子空間
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3.推論:設W是 R的一個子空間, 是W中一組向量,Span(ααα)= W的充分必要條件:W每個向量可以 線性表出。即 R的一個子空間的一組向量可以線性表出這個子空間的每個向量,那么這個子空間與子空間內的這一組向量的生成子空間是等價的。

生成子空間 生成子空間

當Span(ααα)= W時,稱 是子空間W的一組生成元。

重要性質

1)如果α,α,···,α線性無關,則其為生成子空間Span{α,α,···,α }的一組基 ;

2)如果α,α,···,α是向量組α,α,···,α的最大線性無關組,則

1.Span{α,α,···,α }= Span{α,α,···,α}

2.α,α,···,α是Span{α,α,···,α }的一組基

證明

生成子空間 生成子空間
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1.: ,從而 非空 。

生成子空間 生成子空間
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任取 的兩個元素:

生成子空間 生成子空間

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可推出非空,和線性運算封閉。故 是R 的一個子空間。

生成子空間 生成子空間

2.由向量子空間的定義:R 中任意向量的線性組合包含於W(是W中的元素),而 一是 R中任一組向量,它的線性組合即生成的子空間Span(ααα)也是包含於W的。

3.由定理2,Span(ααα)⊆ W。證明Span(ααα)= W,只需證明Span(ααα)⊇W。

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由條件, ,α可由ααα線性表出,α∈Span(ααα),由於α的任意性,Span(ααα)⊇W也成立。故得Span(ααα)= W。

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