商空间
拓扑学概念
线性代数中,一个向量空间V被一个子空间N的商是将N“坍塌”为零得到的向量空间,所得的空间称为商空间(quotient space),记作V/N(读作V模N)。
定义
设V是域K上的一个向量空间,且N是V的一个子空间。我们定义在V上定义一个等价类,如果 则令 。即如果其中一个加上 中一个元素得到另一个,则与 相关。 的所在等价类通常记作
因为它由 给出。那么商空间 定义为 / ,V在 下所有等价类集合。等价类上的数乘与加法定义为:
1) 对所有 , ,
2) 。
不难验证这些运算是良定义的(即与代表元之选取无关)。这些运算将商空间 转化为K上一个向量空间,成为零类。相对应的,商映射即定义为 与等价类 之映射
性质
(1)反身性:
(2)对称性: 若 则
(3)传递性: 若 则
拓扑空间
定义
设X为拓扑空间,~为X的等价关系。π:X→X/~为典范映射。U⊂X/~,若π-1(U)为X中开集,定义U为X/~中开集,则X/~在商拓扑下为商空间。
性质
X/~的商拓扑为使π为的X的最强的拓扑。
设X为连通空间,则X/~亦然。
设X为道路连通空间,则X/~亦然。
设X为紧空间,则X/~亦然。
性质推广
令 为标准笛卡儿平面, 是 中过原点的一条直线。则商空间 可与X中与Y平行的所有直线等价。这就是讲,集合 的元素是X中平行于Y的元素。这给出了以一种几何的方式看商空间的方法。
另一个例子是 被前 个标准基向量张成的子空间的商。空间R有所有实数 元组 组成。子空间,与 等价,由只有前 元素是非零 的所有 元组组成。的两个向量在模去这个子空间的同一个共轭类中当且仅当他们的后 个坐标相等。商空间 / 显然地同构于 。
更一般地,如果V写成子空间U与W的一个(内部)直和:
则商空间 自然同构于 。
如果U是V的一个子空间,U在V中的余维数定义为V/U的维数。如果V是有限维的,这就是V与U的维数之差:
从 到商空间 有一个自然满射,将x送到它的等价类 。这个满射的核(或零空间)是子空间 。此关系简单地总结为短正合序列:
令 是一个线性算子,T的核,记作 ,是所有 使得 的集合。核是 的一个子空间。线性代数第一同构定理说商空间V/ker(T)同构于 在 中的像。一个直接推论,对有限维空间的秩-零化度定理:V的维数等于核的维数( 的零化度)加上像的维数( 的)。
线性算子 的余核定义为商空间 。
商空间
定义
如果X是一个巴拿赫空间而M是X的一个闭子空间,则商X/M仍是一个巴拿赫空间。上一节已经给出商空间一个向量空间结构。我们定义X/M上一个范数为
商空间X/M关于此范数是完备的,所以是一个巴拿赫空间
例子
令 表示区间[0,1]上连续实值函数的巴拿赫空间。记所有函数 使得 的子空间为M。则某个函数 的等价类由它在0点的值决定,商空间C[0,1]/M同构于R。
如果X是一个希尔伯特空间,则商空间X/M同构于M的正交补。
局部凸空间
局部凸空间被一个子空间商还是局部凸的。事实上,假设是局部凸的所以 上的拓扑由一族半范数 生成,这里 是一个指标集。设 是一个闭子空间,定义 上半范数
则 是一个局部凸空间,上面的拓扑是商拓扑。
进一步,若X是可度量化的,则 也是;如果X是弗雷歇空间, 也是。
参考资料
最新修订时间:2023-04-24 00:33
目录
概述
定义
性质
参考资料