行列の計算例題（部分空間）

　　　　　　　　　　


例題：次の行列の定める線型写像の核で表される部分空間を、ある線型写像の像として表せ。

\[ \left(\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}@{}}{-}2 & 1 & 0 \\ 2 & {-}1 & 0 \\ {-}2 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \\ 2 & {-}1 & {-}1\end{array}\right) \]

解答

\[ A = \left(\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}@{}}{-}2 & 1 & 0 \\ 2 & {-}1 & 0 \\ {-}2 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \\ 2 & {-}1 & {-}1\end{array}\right) \]

とおく。核 \(\text{Ker }A\) は、斉次形連立一次方程式 \(A x=0\) の解空間である。斉次形連立一次方程式の解は、係数行列 \(A\) を基本変形により簡約化することにより、計算できる。

\[ \left(\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}@{}}{-}2 & 1 & 0 \\ 2 & {-}1 & 0 \\ {-}2 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 \\ 2 & {-}1 & {-}1\end{array}\right) \to \left(\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}@{}}1 & {-}1/2 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0\end{array}\right) \]

\[ \therefore\quad \text{Ker}(A) = \bigg\langle \left(\begin{array}{@{}r@{}}1/2 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \bigg\rangle \]

\[ \therefore\quad \text{Ker}(A) = \text{Im} \left(\begin{array}{@{}r@{}}1/2 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \]