“设 $V,W$ 是有限维实或复内积空间,$T:V\to W$ 是线性映射,$r=\operatorname{rank}T$ 为其秩。则存在 $V$ 的正交规范基 $v 1,\dots,v n…”
形式陈述 ​
设
取
核与像
分别是
直觉
线性映射不会改变线性组合的规则:先组合再映射,与先映射再使用原来的系数完全一致。因此,一组基的像便唯一决定整个映射。选基之后这些像可以排列成矩阵;在选基之前,映射本身并不是一张固定数表。
线性总是相对于标量域而言。一个映射可以保持实数线性组合,却不保持复数线性组合;省略标量域会掩盖真正约束。线性条件还强制
例子与边界
微分算子
是线性映射,因为
求值也能形成线性映射。定义
它保持加法与标量乘法;若
边界来自仿射与标量域两处。平移
推论与应用
核与像分别描述哪些输入被压到零、哪些输出能够到达。线性映射单射当且仅当
选择定义域和陪域的基后,矩阵记录基向量的像。同一映射在不同基下得到不同矩阵,所以矩阵条目大小不是映射的固有属性。连续性、有界性、伴随与条件数还需要范数或内积结构,必须由后继页面另加假设。
参考资料
- Sheldon Axler, Linear Algebra Done Right, 4th ed., Springer, 2024,§3A。
- Michael Artin, Algebra, 2nd ed., Pearson, 2011,Ch. 4。