餘子空間

餘子空間

餘子空間(complementary subspace)亦稱補子空間,是與給定子空間的直和是線性空間的子空間。設W是數域P上的線性空間V的子空間,滿足條件V=W+W′,且W∩W′={0}的子空間W′稱為W的餘子空間,如果W是一個真子空間,則W的餘子空間是不惟一的。設W是n維線性空間V的一個子空間,且dim W=m<n,若ε1′,ε2′,…,εm′是W的一個基,則存在εm+1′,…,εn′,使ε1′,ε2′,…,εm′,εm+1′,…,εn′是V的一個基,由εm+1′,…,εn′生成的子空間就是W的一個餘子空間。

基本介紹

  • 中文名:餘子空間
  • 外文名:complementary subspace
  • 所屬學科:數學
  • 別名:補子空間
  • 簡介:與給定子空間的直和是線性空間
基本介紹,相關結論,

基本介紹

定義 設W是線性空間V的一個子空間,如果V還有一個子空間W',滿足:
V=W+W',W∩W' ={0},
我們就把W'叫做是W的一個餘子空間
此時, 我們說V是子空間W與W'的直和, 並記作:
V = W⊕W'.
很明顯,如果W'是W的一個餘子空間,那么W也是W'的一個餘子空間。
子空間的和子空間的和是子空間的一種運算,設V是域P上的線性空間,V1,V2,…,Vs是V的子空間,若:
S={α12+…+αsi∈Vi,i=1,2,…,s},
則S是V的子空間,稱為子空間V1,V2,…,Vs的和,記為V1+V2+…+Vs;子空間V1,V2,…,Vs的集合交V1∩V2∩…∩Vs也是V的子空間,稱為V1,V2,…,Vs的交,設dim V=n,ε1,ε2,…,εn是V的基,若V1是V的子空間,則dim V1≤n,當dim V1<n,及ε′1,ε′2,… ,ε′m為V1的基時,必存在ε′m+1,…,ε′n使ε′1,ε′2,…,ε′n為V的基,由ε′m+1,…,ε′n生成的子空間V2稱為V1的餘子空間(或補子空間)。V1與它的餘子空間V2的和V1+V2=V,它們的交V1∩V2={0},此時,又稱V為V1與V2的直和。

相關結論

n維線性空間V的任意一個子空間W的餘子空間W'總是存在的。如果W=V,那么W'={0};如果W={0},那么W' =V。
如果W是V的一個真子空間。取W的一個基
把它擴充成V的基
我們有
那么
現在證明W∩W'={0}。設ξ∈W∩W'。那么
由於
線性無關。不難看出
於是ξ= 0,從而W∩W'={0}。所以
此時還有:
dimW + dimW' = dimV.
然而,n維線性空間V的一個真子空間W的餘子空間並不唯一。例如,在三維幾何空間V3中,過原點的一個平面W是V3的一個二維子空間。而過原點但不在W上的任何一條直線L都是W的一個餘子空間。這是因為
所以
定理設線性空間V能寫成子空間W與W'的直和,那么V中每一個向量ξ都可以唯一地表成
數域F上每一個n階矩陣都可以表成一個對稱矩陣與一個反對稱矩陣的和,並且表法是唯一的。
關於直和的概念還可以推廣到多於兩個子空間的情形。
是線性空間V的子空間。 如果
就把V叫做是子空間
的直和,並記作
可以證明, 如果
,那么V中每一個向量ξ都可唯一地表成
的形式, 其中
並且當V是有限維線性空間時,還有:
dimV=dimW1+dimW2+... + dimWt.

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