习题 5.18
设 为 的线性子空间, . 称 为 的不变子空间, 若 . 求证:
(1) 的特征空间均是 的不变子空间;
(2)若 为 的不变子空间, 则 也是 的不变子空间;
(3) 任取 和 都是 的不变子空间;
(4) 若 , 使得 , 则 和 均是 的不变子空间.
解答
解答使用 DeepSeek v3.2 Speciale 生成
证明
(1) 设 是 的一个特征值,特征空间 。
对任意 ,有 。 计算
故 ,即 。因此 , 是 的不变子空间。
(2) 若 为 的不变子空间,则 。 有界,故连续。任取 ,存在序列 使 。由 的连续性,
因 且 ,有 ,从而 是 中点的极限,故 。
此外,在赋范空间中线性子空间的闭包仍为线性子空间,所以 也是 的不变子空间。
(3) 固定 。
-
零空间 :若 ,则 。于是
故 ,即 。 -
值域 :若 ,则存在 使得 。那么
因为 。故 。
因此 与 均为 的不变子空间。
(4) 设 且 。
-
零空间 :取 ,则 。由交换性,
所以 ,即 。 -
值域 :取 ,则存在 使 。利用交换性,
故 。
因此 与 都是 的不变子空间。 ∎