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Coding The Matrix 3
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Null space of a matrix is a vector space
standard geneartor 를 이용해서 f(x) = M * x
에서의 M
의 컬럼을 알아낼 수 있다.
어떤 함수 f
가 M * x
형태로 정의되면, f
는 linear function 이다.
어떤 함수 f
의 kernel 은 image 를 0
으로 하는 집합이다. 다시 말해서 f(x) = M * x
에 대해 null matrix x
이 kernel
linear function f
is one-to-one iff its kernel is a trivial vector space
위에 나온 속성은 상당히 중요하다. 왜냐하면 trivial kernel 이면, 다시 말해서 null matrix 가 trivial 이면, f
의 image b
는 아무리 많아봐야 하나이기 때문이다.
image 가 entire co-domain 과 같으면 onto 다.
두 matrix-vector function 의 composition 은 위처럼 쉽게 증명 가능하다. AB * x
로
이걸 이용하면 matrix-matrix multiplication 의 associativity 도 쉽게 증명 가능하다. (AB)C = A(BC)
Invertible
두 함수가 inverse 관계면 두 매트릭스도 inverse 관계다. 그리고 한 매트릭스의 inverse matrix 가 존재하면 invertible 또는 singular 라 부르며, 아무리 많아봐야 하나의 inverse 만 가진다.
invertible matrix 가 중요한 이유는, invertible matrix 가 존재하면 f
도 invertible 이고, 그 말은 f
가 one-to-one, onto 라는 소리다. 따라서 f(u) = b
에 대해 적어도 하나의 솔루션이 존재하고 (onto), 아무리 많아봐야 하나의 솔루션이 존재한다는 뜻이다 (one-to-one)
함수처럼 매트릭스도 A
, B
가 invertible 일때만 AB
도 그러하다.
AB
에 대해 A
, B
가 서로의 inverse 면 AB
는 identity matrix 지만 그 역은 성립하지 않는다.
위 그림의 A
에서 볼 수 있듯이 null space 가 trivial 하지 않기 때문에 one to one 이 아니어서 A
는 invertible 이 아니다.
AB
, BA
가 모두 identity matrix 여야 A
, B
가 서로 inverse 다.
매트릭스 M
이 one-to-one 인지는 trivial kernel 인지를 판별하면 된다. f(x) = M * x
는 linear function 이기 때문에 trivial kernel 이면 M
도 one-to-one 이다.
onto 인지는 어떻게 알 수 있을까?
Summary
지금 까지의 내용을 정리하면
u1
이a * x = b
의 솔루션일때,V
를a * x = 0
의 솔루션 셋이라 하면,u1 + V
는a * x = b
의 솔루션 셋이다. 다시 말해서V
는 null matrixf(x)
가M * x
형태로 나타낼 수 있으면 linear function 이다.- trivial kernel 이면 linear function
f
는 one-to-one 이고, linear functionf
가 one-to-one 이면 trivial kernel 을 가진다.
Refs
(1) Title image
(2) Coding the Matrix by Philip Klein