核 (代数)

✍ dations ◷ 2025-09-12 16:16:50 #线性代数,态射

在归入线性代数的各种数学分支中,同态的核测量同态不及于单射的程度。

核的定义在不同上下文中采用不同的形式。但是在所有形式中,同态的核是平凡的(在与那个上下文有关的意义上),当且仅当这个同态是单射。同态基本定理(或第一同构定理)是应用于核所定义的商代数的采用了各种形式的一个定理。

设 和 是向量空间并设 是从 到 的线性变换。如果0 是 的零向量,则 的核是单元素集合 {0} 的前像;就是说 的由被 映射到元素 0 的那些 的元素构成的子集。核通常指示为“ker ”,或者:

因为线性变换保持零向量, 的零向量0 必须属于核。变换 是单射的,当且仅当它的核只是单元素集合 {0}。

ker 显然总是 的子空间。因此,它使谈论商空间 /(ker ) 有意义。对向量空间的第一同构定理声称这个商空间自然同构于 的像(它是 的子空间)。作为结论, 的维度等于核的维度加上像的维度。

如果 和 是有限维的向量空间,并且基已经选择好了,则 可以用矩阵 描述,而这个核可以通过解齐次线性方程组 v = 0 来计算。在这种表示中,核对应于 的零空间。零空间的维度叫做 的零化度(nullity)由 的纵列数减去 的秩得到,这是秩-零化度定理的结论。

解齐次微分方程经常涉及计算特定微分算子的核。例如,为了找到从实数轴到自身的所有二次可微函数 使得

设 是二次可微函数的空间,设 是所有函数的空间,定义从 到 的线性算子 为

对于在 中的 而 是任意实数。这个微分方程的所有解都在 ker 中。

你可以用类似方式定义在环之上的模之间的同态的核。这包括了在阿贝尔群之间的同态的核作为特殊情况。这个例子捕捉了在一般阿贝尔范畴内的核的本质;参见核 (范畴论)。

设 和 是群并设 是从 到 的群同态。如果 是 的单位元,则 的核是单元素集合 {} 的前像;就是说, 的由被 映射到元素 的所有 的元素构成的子集。核通常指示为“ker ”。或者:

因为群同态保持单位元素, 的单位元素 必须属于这个核。同态 是单射,当且仅当它的核只是单元素集合{}。

ker 明显不只是 的子群,实际上还是正规子群。因此它使谈论商群 /(ker ) 有意义。群的第一同构定理声称这个商群自然同构于 的像(它是 的子群)。

在阿贝尔群的特殊情况下,这以同前面章节的完全同样的方式工作。

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