线性子空间

线性子空间 ?5 线性子空间 一、线性子空间的概念 定义7 数域上的线性空间的一个非空子集合称为的一个线性子空PVWV V间(或简称子空间)，如果对于的两种运算也构成数域上的线性空间. PW 定理2 如果线性空间的一个非空集合对于两种运算是封闭的，也就VWV 是满足上面的条件1，2，那么就是一个子空间. W 既然线性子空间本身也是一个线性空间，上面引入的概念，如维数、基、坐标等，当然也可以应用到线性子空间上.因为要线性子空间中不可能比在整个子空间中有更多数目线性无关的向量.所以，任何一个线性子空间的维数不能超过整个空间的维数. 例1 在线性空间中，由单个的零向量所组成的子集合是一个线性子空间，它叫做零子空间. V例2 线性空间本身也是的一个子空间. V 在线性空间中，零子空间和线性空间本身这两个子空间有时叫做的平凡子空V间，而其它的线性子空间叫做非平凡子空间. 例3 在全体实函数组成的空间中，所有的实系数多项式组成一个子空间. P[x]例4 是线性空间P[x]的子空间. n nP例5 在线性空间中，齐次线性方程组 ax，ax，？，ax,0,,1111221nn,axax？ax，，，,0,,2112222nn ,？？？？？, ,axax？ax，，，,0s11s22snn, 的全部解向量组成一个子空间，这个子空间叫做齐次线性方程组的解空间.解 rn,r空间的基就是方程组的基础解系，它的维数等于，其中为系数矩阵的秩. 二、生成子空间 ,,,,？,,设是线性空间中一组向量，这组向量所有可能的线性组合 V12r k,，k,，？，k, 1122rr 所成的集合是非空的，而且对两种运算封闭，因而是的一个子空间，这个子空V 间叫做由生成的子空间，记为 ,,,,？,,12r . L(,,,,？,,)12r 由子空间的定义可知，如果的一个子空间包含向量，那么就一定,,,,？,,V12r包含它们所有的线性组合，也就是说，一定包含作为子空间. L(,,,,？,,)12r 在有限维线性空间中，任何一个子空间都可以这样得到.事实上，设是WV的一个子空间，当然也是有限维的.设,,,,？,,是的一组基，就有 WW12r W,L(,,,,？,,). 12r 定理3 1)两个向量组生成相同子空间的充要条件是这两个向量组等价.2)L(,,,,？,,)的维数等于向量组,,,,？,,的秩. 12r12r ,,,,？,,nm定理4 设是数域上维线性空间的一个维子空间，是PWV12m的一组基，那么这组向量必可扩充为整个空间的基.也就是说，在中必定可WV ,,,,？,,,,,,？,,n,m以找到个向量使得是的一组基. Vm，1m，2n12n 结论 数域上线性空间的一个非空子集是的一个子空间PVWV,,a,b,F,,,,,W,都有a,，b,,W.