行列の計算例題（基底）

　　　　　　　　　　


例題：次のベクトルの組で生成された部分空間の次元を求め、基底を与えよ。

\[ \bigg\langle \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ 0 \\ 1 \\ {-}1 \\ {-}2\end{array}\right], \quad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ {-}2 \\ 0 \\ {-}2 \\ {-}1\end{array}\right], \quad \left[\begin{array}{@{}r@{}}2 \\ 1 \\ 0 \\ 2 \\ 2\end{array}\right], \quad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ {-}2 \\ {-}1 \\ 0 \\ 1\end{array}\right], \quad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ 2 \\ 1 \\ {-}2 \\ 0\end{array}\right], \quad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}1 \\ {-}1 \\ 0 \\ 2 \\ {-}2\end{array}\right] \bigg\rangle \]

解答

ベクトルを並べた行列を簡約化し、主成分を含む列に対応するベクトルの組みを選べばよい。\[ \left[\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}@{}}{-}2 & {-}2 & 2 & {-}2 & {-}2 & {-}1 \\ 0 & {-}2 & 1 & {-}2 & 2 & {-}1 \\ 1 & 0 & 0 & {-}1 & 1 & 0 \\ {-}1 & {-}2 & 2 & 0 & {-}2 & 2 \\ {-}2 & {-}1 & 2 & 1 & 0 & {-}2\end{array}\right]\ \to\ \left[\begin{array}{@{}rwr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}wr{20pt}@{}}1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 8/5 \\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & {-}13/10 \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & {-}2/5 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 7/10 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & {-}9/10\end{array}\right] \] 主成分を含む列は、第1列, 第2列, 第3列, 第4列, 第5列だから、基底は \[ \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ 0 \\ 1 \\ {-}1 \\ {-}2\end{array}\right],\qquad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ {-}2 \\ 0 \\ {-}2 \\ {-}1\end{array}\right],\qquad \left[\begin{array}{@{}r@{}}2 \\ 1 \\ 0 \\ 2 \\ 2\end{array}\right],\qquad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ {-}2 \\ {-}1 \\ 0 \\ 1\end{array}\right],\qquad \left[\begin{array}{@{}r@{}}{-}2 \\ 2 \\ 1 \\ {-}2 \\ 0\end{array}\right] \] である。