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証明:一次写像・線形写像の行列表示・行列表現  
 
[永田『理系のための線形代数の基礎』定理1.4.1(p.28);志賀『線形代数3017(p.109); 
  
ホフマン・クンツェ『線形代数学I3.4行列による一次変換の表現(p.89);
  藤原『線形代数4.3(p.102);神谷浦井『経済学のための数学入門』§5.2.1線形写像の行列表現(p.165);
  
酒井『環と体の理論1.6ベクトル空間(p.23);]
(舞台設定)
K (例:有理数をすべてあつめた集合Q実数をすべて集めた集合R、複素数をすべてあつめた集合C) 
V K上の有限次元ベクトル空間。ただし、 n次元。 
{ v1, v2, , vn }V基底をなす、Vに属すベクトルの集合   
W K上の有限次元ベクトル空間。ただし、 m次元。 
{ w1, w2, , wm }W基底をなす、Wに属すベクトルの集合  
(定理の確認)
一次写像f:VWにたいして、 
  
f (v1)=a11w1+a21w2++am1wm   
  
f (v2)=a12w1+a22w2++am2wm   
   :     : 
  
f (vn)=a1nw1+a2nw2++amnwm   
を満たす「
K上の(m,n)型行列
         
が一意的に存在する。 
 
f (v1), f (v2), , f (vn) を縦に並べた(n,1)型行列
  
W基底をなすベクトルw1, w2, , wm を横に並べた(1,m)型行列を用いると、
  上記は、
行列の乗法を使って、次のように、簡潔に表せる。   
       
 
       を満たす「
K上の(m,n)型行列Aが一意的に存在する

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(証明)  
v1, v2, , vn Vであるとされていた。
f
は、VからWへの一次写像とされていた。
したがって、
fによるv1, v2, , vnは、Wに属す
   つまり、 
f (v1), f (v2), , f (vn)W。 …(1) 
{ w1, w2, , wm }W基底であるとされた。  
よって、
Wに属す任意のベクトルを、{ w1, w2, , wm }一次結合として一意的に表せる。()  
だから、
(1)により、
 
f (v1), f (v2), , f (vn)も、それぞれ、{ w1, w2, , wm }一次結合として一意的に表せることになる。
これは、すなわち、
  
f (v1)=a11w1+a21w2++am1wm   
  
f (v2)=a12w1+a22w2++am2wm   
   :     : 
  
f (vn)=a1nw1+a2nw2++amnwm   
を満たす「
K上の(m,n)型行列
         
が一意的に存在するということにほかならない。

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