The Fundamental Theorem of Invertible Matrices
1. 개요[편집]
어떤 행렬이 가역행렬일 필요충분조건을 제시하는 정리이다.
2. 가역행렬[편집]
3. 내용[편집]
- (a) 가 가역행렬이다.
- (b) 의 임의의 원소 에 대하여, 의 해는 유일하다.
- (c) 은 유일한 해를 갖는다.
- (e) 는 기본행렬들의 곱이다.
- (f)
- (g)
- (h) 의 열벡터들은 선형독립이다.
- (i) 의 열벡터들은 을 생성한다.
- (j) 의 열벡터들의 집합은 의 기저이다.
- (k) 의 행벡터들은 선형독립이다.
- (l) 의 행벡터들은 을 생성한다.
- (m) 의 행벡터들의 집합은 의 기저이다.
- (n)
- (o) 0은 의 고윳값이 아니다.
- (p) 는 가역이다.[1]
- (q) 는 단사이다.
- (r) 는 전사이다.
- (s)
- (t)
- (u) 0은 의 singular value가 아니다.
4. 증명[편집]
4.1. part 1[편집]
선형 시스템 관련 |
- (a) => (b) : b=A^(-1)x 로 유일.
- (b) => (c) : b=0의 특수한 경우.
- (c) => (d) : A의 RREF를 R이라고 하면 Ax=0와 Rx=0의 해는 같아야 하므로 Rx=0의 해는 유일해야 하고 free variable이 없어야 하며 따라서 R에는 zero row가 없어야 한다. 즉 R=I.
- (d) => (e) : A와 I_n이 행 동치이므로 I_n에 적절한 row operation들을 유한 번 취해주어, 즉 적절한 elementary matrix들을 유한 번 곱해주어 A로 만들 수 있다. I_n은 행렬곱에 대한 항등원이므로 A는 기본행렬들의 곱으로 나타내어진다.
- (e) => (a) : 기본행렬들의 행렬식은 0이 아니고, 임의의 n×n 행렬 P, Q에 대해 det(PQ)=det(P)det(Q)이므로 성립.
4.2. part 2[편집]
Rank Theorem 관련 |
- (f) <=> (g) : Rank Theorem
- (g) <=> (c) : nullity(A)=0 <=> null(A)=0[2] <=> Ax=0이면 x는 영공간에 속한다. <=> Ax=0이면 x=0이다.
4.3. part 3[편집]
열공간, 행공간 관련 |
4.4. part 4[편집]
선형변환 관련 |
4.5. part 5[편집]
기타 (행렬식, 고윳값, singular value) |