Undefined control sequence: \DeclareMathOperator at position 10: % 演算子の定義
\̲D̲e̲c̲l̲a̲r̲e̲M̲a̲t̲h̲O̲p̲e̲r̲a̲t̲o̲r̲{\im}{ \text{Im…
% 演算子の定義
\DeclareMathOperator{\im}{ \text{Im} }
\DeclareMathOperator{\rank}{ \text{rank} }
\DeclareMathOperator{\span}{ \text{Span} }
\DeclareMathOperator{\ker}{ \text{Ker} }連立1次方程式
においてであるとき、同次 あるいは 斉次 (homogeneous)といい、
の形の連立1次方程式を、 同次連立1次方程式 や 連立斉1次方程式 という。
自明な解¶
同次連立1次方程式は、明らかに解をもつので、これを 自明な解 という。
別の表現をするなら、 「連立方程式の拡大係数行列について\rank A = \rank (A|b)であれば解が存在する」という定理があるため、同次連立1次方程式なら\rank A= \rank(A|0)となり必ず解が存在する。
解空間¶
解全体の集合はの部分空間になり、これを 解空間 という。
解空間が であるか、それより大きい部分空間であるかに関する基本的な定理として次のものがある
証明
もしもだとの解は一意的であるから、自明な解以外の解を持たない。
の場合についてはについての帰納法で証明できる。
のとき、であるため任意の数が解になる。
のとき、もし第1列のがすべて0であれば、任意の数に対して、
が解になる。
次に、ある成分が0でないと仮定する。方程式の第1列について前進消去した係数行列をとすると
となり、仮定よりなので
である。ここでこれらの係数についての個の未知数に関する同次連立一次方程式
を考えると、係数行列の行列式が0であるから、帰納法の仮定より自明でない解をもつ。その一つをとする。これを
に代入すると、方程式
が得られる。このに関する方程式はより解を持つため、その解をとすると
で与えられる。
こうして得られた解はもとの方程式の解であり、についてであるからこの解は自明でない解である。
証明
はを線形写像
とみなしたときのに他ならない。よって線形写像の基本定理より
Undefined control sequence: \im at position 40: …bb{R}^m - \dim \̲i̲m̲ ̲A
= m - \rank A
\dim \ker A
= \dim \mathbb{R}^m - \dim \im A
= m - \rank A解空間の1組の基底をその連立1次方程式の 基本解 といい、解空間の次元を 解の自由度 という。
基本解の1次結合で書かれる一般の解を 一般解 という。
横長の係数行列は自明でない解になる¶
証明
であるから、解の次元