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6.4 线性变换及其矩阵表示

线性变换的概念

定义 分别是 维和 维线性空间, 是一个从 的映射,如果 满足:

  • ,有

  • ,有

那么 就称为从 线性映射

特别地,如果 ,那么 称为线性空间 中的线性变换

线性变换的性质

  1. ,则

  2. 线性相关,则 线性相关。

  3. 线性变换 的像集 是一个线性空间,称为 像空间

  4. 使得 的全体

    也是一个线性空间。 称为线性变换

WARNING

注意性质 3 的逆命题是不成立的,即若 线性无关,则 不一定线性无关。这是因为线性变换可能损失维数,将线性无关的向量「压缩」到低维度。

线性变换的矩阵表示

设有 阶矩阵 ,则可定义 中的线性变换

的像空间就是 的列向量所生成的向量空间 的核 就是齐次线性方程组 的解空间。

那任意的线性变换都能用矩阵来表示吗?取 单位正交基

则对于向量

根据线性变换的性质 2,有

因此,我们找到了任意线性变换 对应的矩阵

也就是说,任意的线性变换都能用矩阵来表示