接着第五讲的内容
在子空间中提到了P和L,取他们的并
P U L =P和L中的所有向量,请问这个并集是不是子空间?
答案:不是
那交集呢?若是任意两个子空间呢?
答案:是
假设取S、T的交集的两个向量v,w。
显然v+w是属于S,同理对于T中任意两向量,相加仍然属于T
乘法条件也同然成立
也就是说,取任意两子空间的交集,结果仍是子空间,只是比原子空间小
列空间
举个例子
此处三个向量是构不成向量空间的,怎么将其扩充为子空间?
取三个列向量的线形组合即可(并不能得到整个四维向量空间)
因此A的列空间由所有列的线性组合组成
Ax = b 对任意b,都有解吗?
并不总有解,因为A有四个方程,却只有三个未知数(3个列向量的线性组合无法充满整个思维空间,因此存在很多不是这三个列向量线性组合的b存在)
本节课重点:什么样的b,使方程组有解?
如果b=[0,0,0,0]显然成立(Ax=0永远成立)
b=[1,2,3,4]也是有解的 解为x=[1,0,0]
b=[1,1,1,1]也有解 解为x=[0,1,0]
总结:Ax=b有解,当且仅当b为A的列空间(只有b是A的列向量的线性组合,才有解)
这三个列向量线性无关吗?(是否每一列都对组合有所贡献)(或者说,能否去掉某列,得到同样的列空间)
可以去除第三列,因为它等于前两者之和,这样第一第二列称为主列
同样去掉第一列也可以,只是由习惯决定。
因此这里矩阵的列空间可以描述为R4中的二维子空间
零空间
还是用到上面提到的A这个矩阵,A的零空间包含什么?
它包含Ax=0中所有的解x,x为三个分量,b应该全是0(即讨论的是Ax=0),现在关心的是它的解x
那该例子的零空间是R3的子空间。因此x是属于R3(x=[x1,x2,x3]的转置),而列空间是R4子空间(即A)
该式子的零空间是什么呢?
我们需要求解方程中所有的解(该例子举的简单,可以直观找出解。难一点的需要化简消元)
先找出一个解:
1.0向量一定被包含在零向量
2.x=[1,1,-1]的转置
它包含所有类似1 1 -1的向量
故该方程的零向量:是一条R3中的直线
回到向量空间和子空间概念,思考零空间为何能被称为空间(满足加法、数乘封闭)
检验:Ax=0的解构成一个子空间 (关键字:空间)
需要证明,对任意一个解x和另一个解x*,他们的和仍是解,这是空间的限制条件(加法封闭)
即如果Ax=0、Ax*=0,则A(x+x*)必然为零。(因为括号可以乘开,有些简单)
关键是理解什么是向量空间
该方程的所有解,是否构成向量空间吗?
显然不构成(因为解中不包含零向量,最基本的要求都不满足)
这式子中的解其实是一条不过原点的直线
由此可知:向量空间需要穿过原点