同型写像
📂線形代数同型写像
定義
二つのベクトル空間V,Wに対して、可逆な線形変換T:V→Wが存在する場合、VがWと同型V is isomorphic to Wであると言い、以下のように示される。
V≅W
また、Tを同型写像isomorphismと言う。
説明
可逆である同値条件によって、Tが同型写像であるということは、Tが全単射関数であるということと同じである。従って、全単射関数T:V→Wが存在すれば、V,Wは同型である。
V,Wが同型であるということは、VもWも事実上変わりがないということである。
定理
V,Wが有限次元ベクトル空間であるとする。すると、VとWが同型である必要十分条件は、dim(V)=dim(W)が成立することである。
系
Vをベクトル空間とする。すると、VがRnと同型である必要十分条件は、dim(V)=nであることである。
証明
(⟹)
T:V→Wが同型写像であると仮定する。すると、Tは可逆であり、可逆線形変換の性質により
dim(V)=dim(W)
(⟸)
dim(V)=dim(W)と仮定する。β={v1,…,vn},γ={w1,…,wn}をそれぞれV,Wの基底とする。すると、有限次元ベクトル空間の間には次のような線形変換が存在する。
T:V→W by T(vi)=wi
また、それならばT(β)=γが真であり、T(β)がR(T)を生成するので、
R(T)=span(T(β))=span(γ)=W
従って、Tは全射である。すると、dim(V)=dim(W)と仮定したからにはTも単射である。 従って、全単射関数T:V→Wが存在し、VとWは同型である。
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