写在前面
Fredholm定理是泛函分析中的一个定理,本文给出的是用矩阵语言表述的阉割版。
定理内容
设 A∈Fm×n,l:Rn→Rm。对于给定的 b∈Rm,方程 Ax=b 是否有解?
(1)b∈Im(A)⇔b∈(Ker(AT))⊥;
(2)x∈Ker(A)⇔x∈(Im(AT))⊥.
证明
只证(1).
充分性:
b∈Im(A)⟺∃x∈Rn,Ax=b.
⇒∀ν∈Ker(AT),有bTν=(Ax)Tν=xTATν=0(因为ATν=0).
另一方面,要证(Ker(AT))⊥⊂Im(A),只需证Ker(AT)⊇(Im(A))⊥.
ν∈(Im(A))⊥⇒∀ω∈Rn,νT(Aω)=ωTATν=0.
不妨设ω=ATν,则(ATν)TATν=0⇒ATν=0,即ν∈Ker(AT).
一个小例题
A=(1326),Ax=b在b为何值时有解?
解:
即b∈Im(A)⇒b∈(Ker(AT))⊥.
易得AT=(1236),
令$$\begin{pmatrix}
1 & 3\
2 & 6
\end{pmatrix}$$
(xy)=(00)
⇒(1030)
(xy)=(00),得ATx=b的通解ω=t(−3,1)T,即Ker(AT)=t(−31)
⇒(Ker(AT))⊥=t(1,3)⇒(b1,b2)=t(1,3).