商空间 (线性代数)

✍ dations ◷ 2025-11-16 09:07:34 #线性代数,泛函分析

在线性代数中,一个向量空间关于子空间的商是将“坍塌”为零得到的向量空间。所得的空间称为商空间(quotient space),记作/(读作:模)。

正式地,此构造如下(Halmos 1974,§21-22)。设是域上的一个向量空间,且是的一个子空间。我们定义在上定义一个等价类~,如果 − ∈ 则令 ~ 。即如果其中一个加上中一个元素得到另一个,则与相关。的所在等价类通常记作

因为它由

那么商空间/定义为/~,在~下所有等价类集合。等价类上的数乘与加法定义为

不难验证这些运算是良定义的(即与代表元之选取无关)。这些运算将商空间/转化为上一个向量空间,成为零类。相对应的,商映射即定义为 ∈ 与等价类之映射

令 = R2为标准笛卡儿平面,是中过原点的一条直线。则商空间/可与中与平行的所有直线等价。这就是讲,集合/的元素是中平行于的元素。这给出了以一种几何的方式看商空间的方法。

另一个例子是R被前个标准基向量张成的子空间的商。空间R由所有实数-元组 (1,…,)组成。子空间,与R等价,由只有前元素是非零 (1,…,,0,0,…,0)的所有-元组组成。R的两个向量在模去这个子空间的同一个共轭类中当且仅当他们的后 − 个坐标相等。商空间R/ R显然地同构于R−。

更一般地,如果写成子空间与的一个(内部)直和:

则商空间/自然同构于 (Halmos 1974,Theorem 22.1)。

如果是的一个子空间,在中的余维数定义为/的维数。如果是有限维的,这就是与的维数之差(Halmos 1974,Theorem 22.2):

从到商空间/有一个自然满射,将映到它的等价类。这个满射的核(或零空间)是子空间。此关系简单地总结为短正合序列

令 : → 是一个线性算子。的核,记作ker(),是所有 ∈ 使得 = 0的集合。核是的一个子空间。线性代数第一同构定理说商空间/ker()同构于在中的像。一个直接推论,对有限维空间的秩-零化度定理:的维数等于核的维数(的零化度)加上像的维数(的秩)。

线性算子 : → 的余核定义为商空间/im()。

如果是一个巴拿赫空间而是的一个闭子空间,则商/仍是一个巴拿赫空间。上一节已经给出商空间一个向量空间结构。我们定义/上一个范数为

商空间/关于此范数是完备的,所以是一个巴拿赫空间。

令表示区间上连续实值函数的巴拿赫空间。记所有函数 ∈ 使得(0) = 0的子空间为。则某个函数的等价类由它在0点的值决定,商空间/同构于R。

如果是一个希尔伯特空间,则商空间/同构于的正交补。

局部凸空间被一个闭子空间商还是局部凸的(Dieudonné 1970,12.14.8)。事实上,假设是局部凸的所以上的拓扑由一族半范数{α|α∈}生成,这里是一个指标集。设是一个闭子空间,定义/上半范数α

则/是一个局部凸空间,上面的拓扑是商拓扑。

进一步,若是可度量化的,则 /也是;如果是弗雷歇空间,/(Dieudonné 1970,12.11.3)也是。

相关

  • Population MattersPopulation Matters(双关语,可理解为人口事情或人口至关重要或人口控制运动)是一个注册于英国的慈善组织、智库及倡导团体,前身为“理想人口信托”("Optimum Population Trust")。
  • 化疗人体解剖学 - 人体生理学 组织学 - 胚胎学 人体寄生虫学 - 免疫学 病理学 - 病理生理学 细胞学 - 营养学 流行病学 - 药理学 - 毒理学化学疗法(英语:Chemotherapy),简称化疗(Che
  • 全职全职(英语:Full-time),是通常指单一工作,并无其他的兼差。全职者又被称为正职员工。关于各地所定义的全职工作时数:一个不是责任制的全职劳工,如果工作超过时间(加班),有时会在薪水中,
  • 宾州宾夕法尼亚州是美国的州份之一,正式名称为“宾夕法尼亚联邦”(英语:Commonwealth of Pennsylvania),俗称“拱心石州”(英语:Keystone State),中文简称宾州。这个州的名称起源于英国移
  • 诺夫哥罗德大诺夫哥罗德(Великий Новгород,俄语诺夫哥罗德拉丁字母拼写:Novgorod)是俄罗斯最古老的城市之一,建城于859年,位于俄罗斯西北部,沃尔霍夫河注入伊尔门湖的地方。大
  • 奈加代文化坐标:25°54′N 32°43′E / 25.900°N 32.717°E / 25.900; 32.717奈加代(英语:Naqada),或译涅伽达,是上埃及地名,位于尼罗河西岸,为埃及史前新石器时代重要的遗址以及前王朝时期(约
  • 砂囊砂囊(英语:gizzard),也称脽或胗,是一些动物消化道中的一个器官。主龙类(指包括鸟、翼龙目、鳄鱼、短吻鳄在内的各种恐龙)、蚯蚓、腹足纲动物、鱼类和一些甲壳虫都有砂囊。砂囊是一
  • 信鸽信鸽是原鸽经过人类有选择的驯化、培育产生的一个变种,能够经过长途飞行归巢。野生原鸽天生就具有归巢的能力,这意味着它能返回自己的鸟巢并与它的配偶会合。人类利用鸽子的这
  • 耶稣基督末期圣徒教会耶稣基督后期圣徒教会(The Church of Jesus Christ of Latter-day Saints),总部位于美国犹他州盐湖城,分支遍及世界。该教会复兴了耶稣最初建立的教会。据该教会统计,该教会拥有7
  • 云杉属云杉属(学名:)是松柏目松科下的一个属,为常绿乔木植物。该属共有约35种,分布于北温带。2008年,研究人员宣布在瑞典达拉那的浮露山上发现了一株树龄9550年的挪威云杉,为目前世界上最