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04 向量空间与线性映射
1. 数域决定允许哪些标量
域
域的特征
2. 子空间、和与交
子集
有限维情形有维数公式
若
3. 线性映射的核与像
对线性映射
秩-零化度定理是最重要的记账公式:
它说明定义域的自由度被分成两部分:被映射保留下来的方向,以及被压到零的方向。
4. 矩阵表示与换基
选定
若
任意秩为
等价地,存在满列秩
5. 逆映射与商空间
商空间
第一同构定理把核和像连起来:
6. 低秩更新:Sherman–Morrison–Woodbury
若相关逆矩阵存在,则
当
它的价值在于把一个
7. 线性算子的应用视角
- 微分算子把微分方程写成算子多项式。
- 图的邻接矩阵把路径计数写成矩阵幂。
- 低秩修正刻画“只改变少数方向”的模型更新。
共同方法是:先找到合适的空间和算子,再选择基把问题交给矩阵。
8. 不变子空间就是分块上三角结构
若
左下角为零,是因为
Schur 分解、Jordan 分解和很多递归证明,本质上都在反复使用这一观察。
9. 第一同构定理的可计算例子
考虑
商空间中的元素不是一个多项式,而是相差常数的整类多项式:
映射
维数关系
10. Woodbury 公式从一个小恒等式推出
先验证
方法是把右侧与
取
三种变换应始终分清:左右分别换基得到矩阵等价
11. 自检
- [ ] 能证明维数公式并判断一个和是否为直和。
- [ ] 能由核与像解释秩-零化度定理。
- [ ] 能区分矩阵等价与矩阵相似。
- [ ] 套 Woodbury 公式前会检查所有维数和可逆条件。
- [ ] 能由不变子空间写出分块上三角表示。
- [ ] 能用导数算子解释第一同构定理。
下一章:二次型与正定矩阵。