6.4 线性变换及其矩阵表示
线性变换的概念
定义 设 , 分别是 维和 维线性空间, 是一个从 到 的映射,如果 满足:
,有
,有
那么 就称为从 到 的线性映射。
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
。
若 ,则
若 线性相关,则 线性相关。
线性变换 的像集 是一个线性空间,称为 的像空间。
使得 的全体
也是一个线性空间。 称为线性变换 的核。
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 有
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。