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线性代数代考_linear algebra代考_CALCULATION OF KERNEL AND IMAGE
This section is extremely important for the exercises as it provides us with practical methods for the calculation of bases for the kernel and the image of a given linear transformation.
We begin with the calculation of a basis of the kernel of a linear map.
Suppose we have a linear map $F: \mathbb{R}^n \longrightarrow \mathbb{R}^m$ and we want to determine a basis for the kernel. We endow $\mathbb{R}^n$ and $\mathbb{R}^m$ with the canonical bases; then, by Proposition $5.2 .2$, we have that $F(\mathbf{x})=A \mathbf{x}$, for a suitable matrix $A \in \mathrm{M}_{m, n}(\mathbb{R})$. By the definition of kernel, we have:
$$
\text { Ker } F=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^n \mid A \mathbf{x}=0\right}
$$
that is, the kernel of $F$ is the set of solutions of the homogeneous linear system associated with $A$.
Let us see a concrete example.
Example 5.7.1 Consider the linear map $F: \mathbb{R}^4 \longrightarrow \mathbb{R}^2$ defined by: $F\left(\mathbf{e}_1\right)=-\mathbf{e}_2$, $F\left(\mathbf{e}_2\right)=3 \mathbf{e}_1-4 \mathbf{e}_2, F\left(\mathbf{e}_3\right)=-\mathbf{e}_1, F\left(\mathbf{e}_4\right)=3 \mathbf{e}_1+\mathbf{e}_2$. We want to determine a basis for the kernel of $F$. We write the matrix $A$ associated with $F$ with respect to the canonical bases:
$$
A=\left(\begin{array}{cccc}
0 & 3 & 3 & -1 \
-4 & -1 & 0 & 1
\end{array}\right) .
$$
Therefore $F\left(x_1, x_2, x_3, x_4\right)=\left(3 x_2-x_3+3 x_4,-x_1-4 x_2+x_4\right)$, and Ker $F$ is the set of solutions of the homogeneous linear system:
$$
\left{\begin{array}{l}
3 x_2-x_3+3 x_4=0 \
-x_1-4 x_2+x_4=0
\end{array}\right.
$$
which is indeed associated with the matrix $A$.
To reduce $A$ in row echelon form, it is sufficient to exchange its two lines and we get:
$$
A^{\prime}=\left(\begin{array}{cccc}
-1 & -4 & 0 & 1 \
0 & 3 & -1 & 3
\end{array}\right) \text {. }
$$
线性代数代考_linear algebra代考_LINEAR SYSTEMS
In Chapter 5, we defined the row rank of a matrix (see Definition 5.7.3). We now want to deepen the study of this notion and have a clearer view of the link between matrices, linear systems and transformations.
Given a matrix $A \in \mathrm{M}{m, n}(\mathbb{R})$, we can read its rows as vectors of $\mathbb{R}^n$ and its columns as vectors of $\mathbb{R}^m$. It is therefore natural to introduce the following definition. Definition 6.2.1 We call column rank of a matrix $A \in \mathrm{M}{m, n}(\mathbb{R})$, the maximum number of linearly independent columns of $A$, i.e. the dimension of the subspace of $\mathbb{R}^m$ generated by the columns of $A$.
The following observation is already known and yet, given the its importance in the context that we are studying, we want to rexamine it.
Observation 6.2.2 If we write $A$ as the matrix associated with the linear transformation $L_A: \mathbb{R}^n \longrightarrow \mathbb{R}^m$ with respect to the canonical bases, then the column rank of $A$ is the dimension of the image of $L_A$. Indeed, the image is generated by the columns of the matrix $A$.
Although in general the row vectors and column vectors of a matrix $A \in \mathrm{M}_{m, n}(\mathbb{R})$ are elements of different vector spaces, the row and column rank of $A$ always coincide. This number is simply called $\operatorname{rank}$ of $A$, denoted by $\operatorname{rk}(A)$.
Proposition 6.2.3 If $A \in \mathrm{M}_{m, n}(\mathbb{R})$, then the row rank of $A$ is equal to the column rank of $A$.

线性代数代考
线性代数代考_linear algebra代考_CALCULATION OF KERNEL AND IMAGE
本节对于练习非常重要,因为它为我们提供了计算内核和给定线性变换图像的实用方法。
我们从计算线性映射核的基础开始。
假设我们有一个线性映射 $F: \mathbb{R}^n \longrightarrow \mathbb{R}^m$ 我们想确定内核的基础。我们赋予 $\mathbb{R}^n$ 和 $\mathbb{R}^m$ 具有规范基础;
那么,根据命题 $5.2 .2$, 我们有 $F(\mathbf{x})=A \mathbf{x}{\text {~}}$ 对于合适的矩阵 $A \in \mathrm{M}{m, n}(\mathbb{R})$. 根据内核的定义,我们有:
$\backslash$ text ${$ Ker $} F=\backslash$ left $\left{\right.$ mathbf ${x} \backslash$ in $\backslash \operatorname{mathbb}{R}^{\wedge} n \backslash$ mid $A \backslash$ mathbf ${x}=0 \backslash$ right $}$
也就是说,内核 $F$ 是与相关联的齐次线性系统的解集 $A$.
让涐们看一个具体的例子。
示例 5.7.1 考虑线性映射 $F: \mathbb{R}^4 \longrightarrow \mathbb{R}^2$ 被定义为: $F\left(\mathbf{e}_1\right)=-\mathbf{e}_2$ ,
$F\left(\mathbf{e}_2\right)=3 \mathbf{e}_1-4 \mathbf{e}_2, F\left(\mathbf{e}_3\right)=-\mathbf{e}_1, F\left(\mathbf{e}_4\right)=3 \mathbf{e}_1+\mathbf{e}_2$. 我们想确定内核的基础 $F$. 我们写矩阵 $A$ 有 关联 $F$ 关于规范基础:
所以 $F\left(x_1, x_2, x_3, x_4\right)=\left(3 x_2-x_3+3 x_4,-x_1-4 x_2+x_4\right)$, 和克尔 $F$ 是齐次线性系统的解集:
$\$ \$$
Veft {
$$
3 x_2-x_3+3 x_4=0-x_1-4 x_2+x_4=0
$$
正确的。
whichisindeedassociatedwiththematrix $\$ A \$$. Toreduce $\$ A \$$ inrowechelon form, itissufficienttoe
$\mathrm{A}^{\wedge}{$ \prime $}=\backslash \operatorname{left}($
$$
\begin{array}{lllllllll}
-1 & -4 & 0 & 1 & 0 & 3 & -1 & 3
\end{array}
$$
、右) \文本 ${0}$
$\$ \$$
线性代数代考_linear algebra代考_LINEAR SYSTEMS
在第 5 章中,我们定义了矩阵的行秩(参见定义 5.7.3)。我们现在想加深对这个概念的研究,并更清楚 地了解矩阵、线性系统和变换之间的联系。
给定一个矩阵 $A \in \mathrm{M} m, n(\mathbb{R})$ ,我们可以将其行读取为向量 $\mathbb{R}^n$ 及其列作为向量 $\mathbb{R}^m$. 因此很自然地引入 以下定义。定义 6.2.1 我们称矩阵的列秩 $A \in \mathrm{M} m, n(\mathbb{R})$ ,线性独立列的最大数量 $A$ ,即子空间的维数 $\mathbb{R}^m$ 由列产生 $A$.
以下观察结果已为人所知,但考虑到它在我们正在研究的背景下的重要性,我们想重新审视它。
观察 6.2.2 如果我们写 $A$ 作为与线性变换关联的矩阵 $L_A: \mathbb{R}^n \longrightarrow \mathbb{R}^m$ 关于规范基数,则列秩为 $A$ 是图像 的维度 $L_A$. 实际上,图像是由矩阵的列生成的 $A$.
虽然一般来说矩阵的行向量和列向量 $A \in \mathrm{M}{m, n}(\mathbb{R})$ 是不同向量空间的元素,行和列秩 $A$ 总是重合。这个 号码被简单地称为 $\operatorname{rank}$ 的 $A$, 表示为 $r k(A)$. 命题 6.2.3 如果 $A \in \mathrm{M}{m, n}(\mathbb{R})$ ,那么行秩为 $A$ 等于列秩 $A$.

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