NullSpace

NullSpace[m]

给出一个向量列表,它形成矩阵 m 的零空间的基.

更多信息和选项

  • NullSpace 既适用于数值矩阵,也适用于符号矩阵.
  • 可以有以下选项:
  • MethodAutomatic使用的方法
    Modulus 0使用的整数模
    ToleranceAutomatic使用的数字容差
    ZeroTestAutomatic测试矩阵元素是否为零的函数
  • NullSpace[m,Modulus->n] 给出整数矩阵模 n 的零空间.
  • NullSpace[m,ZeroTest->test]test[m[[i,j]]] 进行计算以判断矩阵元素是否为零.
  • Method 选项的可能设置包括:"CofactorExpansion""DivisionFreeRowReduction""OneStepRowReduction". 缺省设置 Automatic 根据所给的矩阵在以上方法中选择.

范例

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基本范例  (3)

求出一个 3x3 矩阵的零空间:

m 作用于该向量得出零向量:

符号矩阵的零空间:

验证乘以 m 得到零向量:

计算一个矩形矩阵的零空间:

验证返回的两个向量是否在零空间中:

范围  (13)

基本用法  (8)

机器精度矩阵的零空间:

复矩阵的零空间:

精确矩阵的零空间:

任意精度矩阵的零空间:

求符号零空间:

非方阵的零空间:

高效计算大型数值矩阵的零空间:

具有有限场元素的矩阵的零空间:

特殊矩阵  (5)

稀疏矩阵的零空间:

结构化矩阵零空间:

IdentityMatrix[n] 的零空间总是为空:

IdentityMatrix[{m,n}] 的零空间非空:

计算 HilbertMatrix 的零空间:

计算次数为 的单变量多项式的 矩阵的无效空间:

选项  (1)

Modulus  (1)

m 是一个由 0 到 4 之间整数组成的 3x3 随机矩阵:

用模 5 的算法计算零空间:

该向量属于模 5 的零空间:

应用  (12)

向量空间和线性独立  (5)

以下三个向量不是线性独立的:

因此,对于行是向量的矩阵,其零空间为非空:

以下三个向量是线性无关的:

因此,对于行是向量的矩阵,其零空间为空:

确定以下向量是否线性无关:

由向量形成的矩阵具有非空零空间,因此它们不是线性独立的:

求下列矩阵的列空间的维数:

由于零空间为空,因此列空间的维度等于列数:

找到由以下向量张成空间的子空间的维度:

向量组成的矩阵的矩阵秩为三,即子空间的维数:

方程求解和可逆性  (7)

确定以下方程组是否具有唯一解:

将方程组改写为矩阵形式:

系数矩阵 有一个空的零空间,所以方程组有唯一解:

使用 Solve 验证结果:

为一个有非空零空间的 3×3 奇异矩阵:

的解

所有解由 给出,其中 是零空间中的任意向量:

判断以下矩阵是否有逆矩阵:

零空间非平凡,因此矩阵不可倒置:

使用 Inverse 验证结果:

确定以下矩阵是否具有非零行列式:

由于零空间为空,因此其行列式必须非零:

使用 Det 验证结果:

如果 的零空间为非平凡,则 的特征值. 如果矩阵特征值的多重性大于 的零空间的维数,则该矩阵不满秩. 证明 是以下矩阵 的特征值:

使用 Eigenvalues 验证结果:

由于 2 出现了两次因此矩阵 不是满秩,但其特征空间为一维:

使用 Eigensystem 验证结果,通过用零填充特征向量列表对结果进行佐证:

求以下矩阵的特征向量的基:

首先,计算特征值:

对于每个唯一的特征值,找到零空间:

使用 JoinApply 合并两个一维空间和一个二维空间:

使用 Eigenvectors 验证结果:

计算随机 10×10 01 可逆矩阵中的分数:

属性和关系  (8)

对于 的零空间元素的任何线性组合 给出零:

根据秩零定理,零空间的维数是列数减去 MatrixRank[m]

对于方阵,当且仅当 Det[m]!=0 时,m 具有平凡零空间:

对于方阵,当且仅当 m 具有满秩时,m 具有平凡零空间:

对于方阵,当且仅当 m 具有逆矩阵时,m 具有平凡零空间:

对于方阵,当 LinearSolve[m,b] 对一般 b 有解时,m 具有平凡零空间:

矩阵 的零空间的维数称为其零度

两个方阵乘积的零度满足 Silvester 零度定律

这种情况下,相反顺序的乘积零度不同:

但仍满足定律:

方阵 m 的零空间可以使用 RowReduce 计算:

对用单位矩阵的增广矩阵进行行约化:

如果该行在增广的半边中首项为 1,则该行的增广部分在零空间中:

使用 NullSpace 获取零向量:

即使这些矢量不一样,它们也是同一个矢量子空间的基:

Wolfram Research (1988),NullSpace,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/NullSpace.html (更新于 2024 年).

文本

Wolfram Research (1988),NullSpace,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/NullSpace.html (更新于 2024 年).

CMS

Wolfram 语言. 1988. "NullSpace." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/NullSpace.html.

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Wolfram 语言. (1988). NullSpace. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/NullSpace.html 年

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