(完整版)高等代数(北大版)第6章习题参考答案

第六章 线性空间

1.设,N M ⊂证明：,M

N M M

N N ==。

证 任取,M ∈α由,N M ⊂得,N ∈α所以,N M ∈α即证M N

M ∈。又因

,M N M ⊂ 故M N M =。再证第二式，任取M ∈α或,N ∈α但,N M ⊂因此无论

哪 一种情形，都有,N ∈α此即。但,N M N ⊂所以M

N N =。

2.证明)()()(L M N M L N M =，)()()(L M N M L N M =。

证 ),(L N M x ∈∀则.L N x M x ∈∈且在后一情形，于是.L M x N M x ∈∈或所以)()(L M N M x ∈，由此得)()()(L M N M L N M =。反之，若

)()(L M N M x ∈，则.L M x N M x ∈∈或 在前一情形，,,N x M x ∈∈因此

.L N x ∈故得),(L N M x ∈在后一情形，因而,,L x M x ∈∈x N

L ∈，得

),(L N M x ∈故),()()(L N M L M N M ⊂

于是)()()(L M N M L N M =。 若x M N

L M N L ∈∈∈（），则x ，x 。 在前一情形X x M N ∈， X M

L ∈且，x M

N ∈因而（）（M L ）。

,,N L x M N X M L M N M M N M

N ∈∈∈∈∈⊂在后一情形，x ,x 因而且，即X （M N ）（M L ）所以

（）（M L ）（N L ）故 （L ）=（）（M L ）

即证。

3、检验以下集合对于所指的线性运算是否构成实数域上的线性空间：

1） 次数等于n （n ≥1）的实系数多项式的全体，对于多项式的加法和数量乘法；

2） 设A 是一个n ×n 实数矩阵，A 的实系数多项式f （A ）的全体，对于矩阵的加法和数量

乘法；

3） 全体实对称（反对称，上三角）矩阵，对于矩阵的加法和数量乘法； 4） 平面上不平行于某一向量所成的集合，对于向量的加法和数量乘法； 5） 全体实数的二元数列，对于下面定义的运算：

2121211211

12

b a b a a b b a a k k b a ⊕+=+++-1111（a ，）（（，）

（）k 。（a ，）=（ka ，kb +

6） 平面上全体向量，对于通常的加法和如下定义的数量乘法： 0k a =； 7） 集合与加法同6），数量乘法定义为：

k a a =；

8） 全体正实数r ，加法与数量乘法定义为：

a b ab ⊕=，k k a a =；

解 1）否。因两个n 次多项式相加不一定是n 次多项式，例如 523n n

x x ++--=（）（）。

2）令V={f （A ）|f （x ）为实数多项式，A 是n ×n 实矩阵} 因为

f （x ）+

g （x ）=

h （x ），kf （x ）=d （x ） 所以

f （A ）+

g （A ）=

h （A ），kf （A ）=d （A ）

由于矩阵对加法和数量乘法满足线性空间定义的1~8条，故v 构成线性空间。

3）矩阵的加法和和数量乘法满足线性空间定义的1~8条性质，只需证明对称矩阵（上三角矩阵，反对称矩阵）对加法与数量乘法是否封闭即可。下面仅对反对称矩阵证明： 当A ，B 为反对称矩阵，k 为任意一实数时，有

'''（A+B ）

=A +B =-A-B=-（A+B ），A+B 仍是反对称矩阵。 KA KA K A KA ''==-=-（）（）（）

，所以kA 是反对称矩阵。 故反对称矩阵的全体构成线性空间。

4）否。例如以已知向量为对角线的任意两个向量的和不属于这个集合。 5）不难验证，对于加法，交换律，结合律满足，（0，0）是零元，任意（a ，b ）的负元是（-a ，2

a -

b ）。对于数乘：

2

2222222

1(11)111)(,),2(1)(1)(1)

.(.(,).(,)(,[2]())

222

(1)(1)(1)(1)

(,[]())(,())

2222

(1)(,)().(,),

2(a b a b a a b l l l l k k k l a b k la lb a kla k lb a la l l k k kl kl k k kla k lb a la kla a la kl kl kla a klb kl a b -==

=---=+=++----=++=+-=+=。（，）（。，。2

22

22

22

()(1)).(,)[(),()]

2

(1)(1).(,).(,)(,)(,22

(1)(1)(,)

22(1)(1)[(),()].

2k l k l k l a b k l a a k l b k k l l k a b l a b ka kb a la lb a

k k k k ka la kb a a kla k k l k l a a k l b ++-+=+++--⊕=+⊕+--=++++++-=+++

即),(),(),()(b a l b a k b a l k ⊕=+。

),()],(),[(2121212211a a b b a a k b a b a k +++=⊕

＝)])(2

)

1((),([221212121a a k k a a b b k a a k +-+

+++， ),()(221,1b a k b a k ⊕

＝)2)1(,()2)1(,(2

2222111a k k kb ka a k k kb ka -+⊕-+

＝)2

)1(2)1(,(2122

2221121a a k a k k kb a k k kb ka ka +-++-++

＝)2)1(2)1()(),((212122

221212121a a k a a k a k k a k k a a b b k a a k -+-++-++++

＝))(2

)1()(),((2

2221212121a a k k a a b b k a a k +-++++，

即=⊕),(),(2211b a b a k ),()(221,1b a k b a k ⊕，所以，所给集合构成线性空间。 6）否，因为.01αα≠= 。

7）否，因为)()()(,2,)(αααααααααα l k l k l k l k +≠+=+=+=+所以， 所给集合不满足线性空间的定义。

8）显然所给集合对定义的加法和数量乘法都是封闭的，满足

1);

)()()()();)111;

1111

):1,1;

)1;

)(())()()();)()()();

)()l l k lk kl k l k l i a b ab ba b a ii a b c ab c abc a bc a b c iii a a a iv a a a a a a a a

v a a a vi k l a k a a a a kl a vii k l a a a a ka la viii k a b +⊕===⊕⊕⊕=⊕==⊕=⊕⊕⊕=⋅=⊕=⋅=⊕=⊕=======+==⋅=⊕⊕是零元：的负元是且()()()().

k k k k ab ab a b k a k b ====⊕

所以，所给集合+

R 构成线性空间。

4 在线性空间中，证明：1）00=k 2）βαβαk k k -=-)(。

证 1）00))(()1()())((0==-+=-+=-+=-+=ααααααααk k k k k k k k 。

2）因为()(),()k k k k k k k αββαββααβαβ-+=-+=-=-所以。