実ベクトル空間上の線形写像(線型変換)

線形写像と呼ばれるタイプの写像について解説します。

学習内容

実ベクトル空間の間の線形写像

線形写像の概念を定義します。

実ベクトル空間上の線形写像(線形変換・1次変換)の定義と具体例

定義域と終集合がともに実ベクトル空間であるような写像が加法性と斉次性と呼ばれる2つの性質を満たすとき、そのような写像を線形写像と呼びます。特に、定義域と終集合が一致する線形写像を線形変換と呼びます。

成分関数を用いた線形写像であることの判定

実ベクトル空間の間に定義された写像が線形写像であることと、その写像のすべての成分関数が線形写像であることは必要十分です。

行列変換としての線形写像

実ベクトル空間の間に定義される写像が線形写像であることと、その写像が行列ベクトル積の形で表現されることは必要十分です。

ベクトル変換としての線形汎関数

多変数の実数値関数が線形汎関数であることと、その関数をベクトルを用いて表現できることは必要十分です。

拡大変換行列・縮小変換行列・相似変換行列

対角行列から定義される線形変換することにより、平面ないし空間上に存在する図形を拡大・縮小・相似変換できます。

回転変換行列

平面上に存在する点を原点を中心に回転したり、空間上に存在する点を特定の軸を回転軸にして回転する行列変形について解説します。

線形写像による像と逆像

線形写像による像や逆像について解説します。

実ベクトル空間上の線形写像の値域(像)

線形写像の値域は、その線形写像の標準行列の列空間と一致します。列空間は実ベクトル空間の部分空間であるため、線形写像の値域もまた実ベクトル空間の部分空間です。

実ベクトル空間上の線形写像の核(ゼロ空間)

線形写像によるゼロベクトルの逆像をその線形写像の核やゼロ空間などと呼びます。線形写像の核は実ベクトル空間の部分空間です。

実ベクトル空間上の線形写像に関する次元定理(階数・退化次数の定理)

線形写像の像の次元と核の次元の和は、その線形写像の定義域の次元と一致します。これを次元定理と呼びます。

実ベクトル空間上の線形写像が全射であることの判定

写像が線形写像である場合には、それが全射であることを様々な形で表現できます。線形写像が全射であることを判定する方法について解説します。

実ベクトル空間上の線形写像が単射であることの判定

写像が線形写像である場合には、それが単射であることを様々な形で表現できます。線形写像が単射であることを判定する方法について解説します。

実ベクトル空間上の線形写像が全単射であることの判定

定義域と終集合が一致する線形写像だけが全単射になり得ることを示すとともに、線形写像が全単射であることを判定する方法について解説します。

線形写像の演算

線形写像を被演算子とする演算について解説します。

線形写像空間

線形写像からなる集合上に加法とスカラー乗法を定義するとベクトル空間が得られます。

確認テスト

線形写像に関する確認テストです。

学習ガイド

大学の数学カリキュラムとWIISのカリキュラムは何が違うのか

多くの大学では入学後すぐに微分積分学や線形代数学を学び、その後に実数論や位相空間論などの理論的な科目へ進みます。一方、WIISでは論理学・集合論の後に実数論を学び、その上で微分積分学へ進むカリキュラムを採用しています。本記事では、それぞれの考え方とWIISの学習順序のメリットについて解説します。

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ベクトル空間上の線形写像

定義域と終集合が一般のベクトル空間であるような線形写像について解説します。

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