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ヒントください。

R^(4)の線形変換φを φ(x_1,x_2,x_3,x_4)=(x_1+x_2,x_3+x_4,x_1+x_2+x_3+x_4,x_1+x_2-x_3-x_4) と定めるとき、Ker(φ),φ(v)の基底をそれぞれ1組求めよ。 という問題なのですが、解き方がよく分かりません。 線形変換の基本基底における表現行列などは求められるのですが、それらのやり方とは少し違うような気がしますし・・・ Ker(φ)が0(ゼロ)になるということも分かります。 ぜひとき方教えてください。 ヒントでも十分です。

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  • adinat
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回答No.1

まずKerを求めるために φ(x_1,x_2,x_3,x_4)=(0,0,0,0) とおいてみましょう。 x_1+x_2=x_3+x_4=x_1+x_2+x_3+x_4=x_1+x_2-x_3-x_4=0 がわかりますが、これは x_1+x_2=x_3+x_4=0 と同値です(後半の式はこれから出る)。 従ってKer(φ)の元は (a,-a,b,-b) の形のベクトル全体です。a,bは任意の実数。 従ってKer(φ)の基底を1組あげると {(1,-1,0,0),(0,0,1,-1)} となります。これはKer(φ)の任意のベクトルがこの基底の1次結合でかけるという意味です。 次にimage(φ)=φ(R^4)の基底を考えるために、R^4の標準基底{(1,0,0,0),(0,1,0,0),(0,0,1,0),(0,0,0,1)}を線型写像φで写してみます。するとそれぞれ(1,0,1,1),(1,0,1,1),(0,1,1,-1),(0,1,1,-1)になります。φ(R^4)の任意のベクトルはこれらの1次結合でかけますので、(1,0,1,1),(0,1,1,-1)は明らかに1次独立ですからφ(R^4)の基底を1組求めると{(1,0,1,1),(0,1,1,-1)}となります。 ちなみに次元公式からkerとimageの基底の個数(この問題ではそれぞれ2つずつでした)の和は元の空間の次元(この問題ではR^4だから4)になります。

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その他の回答 (1)

回答No.2

adinatさんの解答が正しいと思いますが,私のやり方を書かせて頂きたく,投稿致します。R^(n)からR^(n)への線形写像φを表わす行列をAとします。Aのrank(Aの列のうち,一次独立なものの数)がpのときAの列の基本変形を何回かすれば(v1…vp 0…0)という形になります。ここでv1,…,vpは一次独立なn次元縦ベクトルで,φ(v)の基底になっています。基本変形の積を与える行列をDとすると   AD = (v1…vp 0…0) となりますが、第i成分が1でそれ以外の成分は0の基本ベクトルをe_iとすると、(v1…vp 0…0)の核の基底は,e_p+1,…,e_n となります。上の式より,Ker(φ)の基底は、De_p+1,…,De_n となります。すなわち、行列DはAにかけるとφ(v)の基底を与え,e_p+1,…,e_nにかけるとKer(φ)の基底を与えるのです。

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