線性無關、基與秩

秩-零化度定理(rank-nullity theorem)

秩-零化度定理是矩陣的一條守恆律:秩 + 零化度 = 列數。列數就是輸入空間的維數,所以每一個輸入方向都必須被歸到兩個桶中的一個。

想像矩陣在給它的輸入方向分類。有些方向挺過了變換,作為真正的輸出出現,它們的數目就是秩。其餘的被壓扁到零、消失不見,它們的數目就是零化度。既沒有丟失也沒有憑空產生,所以這兩個數加回去必定等於輸入的個數。

正是這一個等式,讓許多事實彼此相扣。如果一個高矩陣有 5 列、秩為 3,那麼恰好有 2 個輸入方向塌縮,於是 A*x = b(在有解時)的解集是一個二維的解族。給觸及範圍加一個方向,你就得從自由度裡減去一個。

5 columns, rank = 3 -> nullity = 5 - 3 = 2

三個輸入方向作為輸出存活,兩個塌縮到零,3 + 2 又回到我們最初的 5。

這裡的列數指的是輸入維數,所以對作用在 R^n 上的矩陣,它正好是 n。

又稱
dimension theoremrank plus nullity秩-零化度定理维数定理秩零化度定理