• ベストアンサー

Ker(核)やIm(像)の意味がわからない。

Aはm×n行列、xはn次ベクトル、bはm次ベクトル このとき KerA={x∈Rn|Ax=0} ImA={Ax∈Rm|x∈Rn}と定義する。 ※Rn,Rmのn,mはRの右肩にあります。 この定義のいみがよくわかりません。 よろしくお願いします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • gef00675
  • ベストアンサー率56% (57/100)
回答No.2

ベクトルxは、   b=Ax という対応によって、別のベクトルbにうつされます。 このとき、b=0になるのはどんな場合かを考えてみます。 x=0の場合は、b=0です。 しかし、Aの中身によっては、x≠0なのに、b=0 になる場合があるでしょう? b=0になるような、xをすべて集めた集合を考え、 その集合をKer(A)と書いているのです。 こんどは、Imのほうですが、bを好き勝手に決めたとして、  b=Ax となるような、xがいつでもきめられるでしょうか? どんなbに対しても、連立一次方程式が問題なく解ける場合 (解が一通りしかない場合)もありますが、解がない場合だって ありますよね? これも、Aの中身によります。 そこで、xをいろいろ変えてみて、でてくるbを すべて集めてできた集合を、Im(A)とかきます。 なれないうちは、 Ker(A)は、連立方程式Ax=0の解xの集合、 Im(A)は、Ax=bが解ける場合のbの集合 とでも理解しておけばいかがですか? 本当は、方程式ではなくて、ベクトル空間の概念ですけども。

shionity
質問者

お礼

すごいわかりました。(^^ ありがとうございます。

その他の回答 (2)

  • Tacosan
  • ベストアンサー率23% (3656/15482)
回答No.3

いやまあ, 「定義を受け入れる」ことと「定義の意味を知る」こととは別だから>#1. っつ~ても, 意味はそこに書いてある通りなんだけどね. Ker A = (A で移したら 0 になるやつら) の集合 Im A = (A で移った先) の集合 定義に書いてあることを日本語にちょっと翻訳しただけ.

shionity
質問者

お礼

回答ありがとうございました。

  • koko_u_
  • ベストアンサー率18% (459/2509)
回答No.1

「この定義のいみがよくわかりません。」 とはどういうコトなのかをもう少し詳しく補足にどうぞ。 今のままでは「定義なんだから受け入れろよ」と言われておしまいです。

shionity
質問者

お礼

数式の意味がわからなかったんですが >>2で回答されたので助かりました。 回答ありがとうございました。

関連するQ&A

  • 線形代数の問題です

    線形代数で次のような問題があったのですが教えていただきたいです。1 n次正方行列Aに対し、次の3条件が同値であることを示せ。 ○+は直和とする。 (1) R^n = ImA ○+ KerA (2) ImA ∩ KerA = {0} (3) Ker(A^2) = KerA (1)⇒(2) を示すときに、直和なので(2)は定義どおりのような気もするのですがこれは違うのでしょうか? そうすれば (2)⇒(1) を示すのは次元定理を使ってやればいいのかと考え、 あとは (2)⇔(3)を示そうかなと考えましたが… 何かしらのヒント、もしくは回答よろしくお願いします。

  • 行列の問題です。

    行列の問題です。 A^tはAの転置行列 R^nの2つのベクトル x^t=(x_1,..,x_n) y^t=(y_1,..,y_n) に対して内積<x,y>を Σ_{i=1~n}x_iy_i で定義する。 Aをn×n実交代行列とする。 Bをすべての固有値が正となる実対称n×n行列とする。 (1)任意のベクトルx∈R^nに対して <Ax,x>=0を示せ。 (2)任意のベクトルx∈R^nに対して <Bx,x>≧0であり、 統合はx=0のときに限ることを示せ。 (3)A+Bは正則行列となることを示せ。 よろしくお願いします。

  • 線形計画問題の標準形

    現在大学で線形計画法を学んでいるのですが,実際に数字を用いて問題を解く事にはなれてきたのですが,証明問題などになるとどの様に回答を行えば良いか回答に繋がるプロセス分かりません. どの様なプロセスで回答をすれば良いかなにかアドバイスがございましたらよろしくお願いします.以下が現在回答に困っている問題ですのでよろしくお願いします. 線形計画法の標準形 目的関数:c^T x →最小 制約条件:Ax =b x≧0 m<nとなる自然数.x ∈ R^n, c ∈ R^n, b ∈ R^mであり,Aはm*n実行列で,rankA = m とし b ≠ 0 とする. 問題1.線形計画問題の制約条件を満たすxのなす集合を実行可能領域Fで表し,Fが空集合でないときFが凸集合であることを示しなさい. Fが凸集合とは x,x' ∈ F ⇒tx + (1 - t)x' ∈ F (∀t ∈ [0,1]) が成立するときをいう. 問題2.Au = b を満たすベクトル u ≠ 0 が存在する事を示せ. 問題3.Ax = 0 を満たすxのなす R^n の線形部分空間はAの核と呼ばれkerAと表す.Ax = bを満たすxのなす R^n の部分集合を J で表すとき J = { x ∈ R^n | x = u + v, v ∈ kerA} となる事を示せ.ただしuは問題2で存在を示したベクトルである.

  • 次のORの問題が解けません。どなたかお教えいただけませんでしょうか。

    次のORの問題が解けません。どなたかお教えいただけませんでしょうか。 よろしくお願いします。 ”Rn”はn次元実ベクトル全体の集合とする。 ”T”は転置を表す。 ”I”はn次単位行列を表す。 ”/2”は2で割られていることをあらわす。たとえば、4/2=2であり、10/2=5である。 以下、問題 n × n 実対称行列A,n 次元実ベクトルa,実数μ を用いて、 2つの2 次関数 f, gμ : Rn → R を次のように定義する. f(x) = xTAx/2 + aTx gμ(x)=xT(A+μI)x/2 + aTx このとき以下の問(i),(ii) に答えよ. (i) A + μI が半正定値行列であれば,(A + μI)x※ = -a を満たすRnの要素x※ は制約なし最小化問題 minimize gμ(x) の大域的最適解となることを示せ. (ii) 次の3 条件 (a) A + λI は半正定値行列 (b) (A + λI)x※ = -a (c) λ≧ 0、 (x※)Tx※ ≦ 1 、 λ(1 - (x※)Tx※) = 0 を満たすRnの要素 x※ と、Rの要素 λ が存在するとき, x※ は制約つき最小化問題 minimize  f(x) subject to  xTx ≦1 の大域的最適解となることを示せ.

  • 数学の問題について

    数学の問題です。 m行n列(0<n<m)の行列Aとm次元の列ベクトルbが与えられたとき、線形方程式 Ax=b ・・・(1) を考える。ただしxはn次元の列ベクトルである。さらに(1)式に対応する同次方程式 Ax=0 ・・・(2) は自明でない解をもたないとする。 m次元空間において、行列Aのn個の列ベクトルが張る部分空間をVとするとき、(1)式の 解が存在する場合のVとbの関係、および、解が存在しない場合のVとbの関係をそれぞれ 説明しなさい。 意味が分かりません。参考書の部分空間のところを熟読してもいまいち意味が分かりません。 分かる方教えてください。 宜しくお願いします。

  • 表現行列

    Vを実数に係数を持つ2次以下の多項式全体が成すベクトル空間とする。すなわち、 V={a+bx+c*x^2|a、b、c∈R} である。tを0≦t なる定数とし、線形変換T :V→V を T(f(x))=f(1+tx)により定義する。 Vの基底1、x、x^2に関するTの表現行列を求めよ。 という問題があります。一般に、、、、 【線形写像f:R^n→R^mに対して、(m,n)型の行列Aがただひとつ定まり、 x'=f(x)=Axと表せる。(x∈R^n, x'∈R^m) この行列Aを、線形写像fの表現行列という。】 表現行列はこのように定義されていますから、この問題の場合 t^(T(1),T(x),T(x^2))= (1,0,0) (1,t,0) (1,2t,t^2) * t^(1,x,x^2) となるため、求める表現行列Aは (1,0,0) (1,t,0) (1,2t,t^2) となるかと思っていたのですが、解答には、これを転置した行列が書いてありました。 (1,1,1) (0,t,2t) (0,0,t^2) となっていました。 なぜこうなるのか理屈が分からないのですみませんが教えてください。

  • 固有値

    次の問題で、(1)は固有方程式から解けましたが、(2)以降が解けません。 どなたか回答お願いします。 行列, ベクトルは実数成分で, ||v|| はベクトルvの大きさで、 (1) 行列 A = 3 1 1 1 3 1 1 1 5 の固有値と固有ベクトルを求めよ. ただし, 固有ベクトルは単位ベクトルで, 第一成分は非負 (2) x ∈ R3, x ≠0 ならAx ≠ 0 となることを示せ. (3) x≠ 0 のとき F(x) =Ax/||Ax|| とする. (1) で求めた固有値をλ1, λ2, λ3 (λ1≧b λ2 ≧ λ3), 対応する単位固有ベ クトルをそれぞれe1, e2, e3 とする。a1, a2, a3 ∈ R \ {0} に対し x0 = a1e1 + a2e2 + a3e3, xn+1 = F(xn) (n ≧ 0) で ベクトルの列{xn}∞ n=0 を帰納的に定義する. xn をe1, e2, e3 の一次結合とし て表示し, 係数をa1, a2, a3 で表せ. (4) (3) で与えた{xn}∞ n=0 に対し極限lim n→∞ xn が存在し, A の固有ベクトルになるこ とを示せ. というものです。あと R \ {0}の意味も分かりません。宜しくお願いします。

  • 線形代数:解が特殊解+一般解

    現在復習として線形代数をやっているのですが、解が特殊解+一般解になるというものがあまり理解できません。 m×n行列A、n次の列ベクトルx、m次の列ベクトルbからなる Ax=b という方程式があるとします。 この方程式が解を持つならば、その一般解は1つの特殊解x_1と、対応する同次方程式の一般解x_0との和x=x_1+x_0で与えられるという定理があります。 この証明として、Ax_1=b, Ax_0=0とすれば、A(x_1+x_0)=Ax_1+Ax_0=b+0=b; だから、x=x_1+x_0はAx=bの解になる。 これは、証明中では「Ax_0=0とすれば」と書いてあるから成り立つのは理解できますが、定理の中では同次方程式の一般解がx_0=0と限定はしていません。 仮にx_0=0でない場合、例えばrankA=r(r<n)とすると、一般解はx_0=t_(r+1)x_(r+1)+t_(r+2)x_(r+2)+…+t_nx_n (t_(r+1)~t_nは任意の定数) というように、解はx_(r+1)~x_nまでの一次結合になります。 つまり、A(x_1+x_0)=Ax_1+Ax_0=b+x_0(≠0)≠bということになります。 これは、特殊解と一般解の和がこの方程式を満たしていないことになります。 しかし、前に微分方程式なんかを習っていたときも特殊解と一般解の和を答えとして出してた記憶もあるので、成り立たないはずはない・・・?と思いますがまったく納得いきません。 自分の説明が間違っているとは思うので、何か間違っている点がわかる方いましたらご指摘お願いします。 見づらくわかりにくい文章で申し訳ないです・・・。

  • 凸多面体の性質について

    大学の数学の問題でわからない所があるので、教えてください。 R^nの多面体を{x∈R^n|Ax=b,x≧0}で定義します。 ここにA∈R^(m*n),b∈R^mで、Rは実数全体の集合、ベクトルの不等号は各成分ごとの不等式です。 また、多面体Pの端点をx∈P s.t. x=λy+(1-λ)z(λ∈[0,1])となるようなy,z∈Pが存在しない というように定めます。 今、P,QをR^nの多面体として P+Q={x+y∈R^n|x∈P,y∈Q} とする (1)P+Qは多面体であることを示せ。 (2)P+Qの端点はちょうどPとQの端点の和であることを示せ。 とりあえずP={x|Ax=b},Q={y|By=c}とおいてみたのですが、 C(x+y)=d となるような行列Cが見つかりません。 どなたかご教授ください。

  • 部分ベクトル空間

    AをK成分のm×n行列とする。 W={x∈(K^n)|Ax=0}とおくとき、WがK^nの部分ベクトル空間であることを示せ。 という問題なんですが、 部分ベクトル空間が成り立つ条件として、 (i)0∈W (ii)x_1,x_2∈Wならばx_1+x_2∈W (iii)x∈W,a∈Kならばax∈W があり、この3つが成り立つことを言えばいい。 (i)a・0=0 (ii)ax_1+ax_2=0+0=0 (iii)a・ax=a・0=0 これで良いのでしょうか?m×n行列なので、やはり違うのでしょうか? 何かヒントやアドバイスなど頂けると助かります。 よろしくお願いします。