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証明:一次変換の行列表示・行列表現  
 
[永田『理系のための線形代数の基礎』定理1.4.1(pp.28-9); 
  
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(pp.90-91);
  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);]
(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   
(定理の確認)
V基底{ v1, v2, , vn }と、一次変換f:VVにたいして、 
  
f (v1)=a11v1+a21v2++an1vn   
  
f (v2)=a12v1+a22v2++an2vn   
   :     : 
  
f (vn)=a1nv1+a2nv2++annvn   
を満たす「
K上のn次正方行列
     
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
  
V基底をなすベクトルv1, v2, , vn を横に並べた(1,n)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n次正方行列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Vへの一次変換とされていた。
したがって、
fによるv1, v2, , vnは、Vに属す
   つまり、 
f (v1), f (v2), , f (vn)V。 …(1) 
{ v1, v2, , vn }V基底であるとされた。  
よって、
Vに属す任意のベクトルを、{ v1, v2, , vn }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、{ v1, v2, , vn }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)=a11v1+a21v2++an1vn   
  
f (v2)=a12v1+a22v2++an2vn   
   :     : 
  
f (vn)=a1nv1+a2nv2++annvn   
を満たす「
K上のn次正方行列
         
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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