Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » نظرية الرتبة-العدم

نظرية الرتبة-العدم

1884
  • James Joseph Sylvester
عالم رياضيات يكتب نظرية الرتبة والعدم في بيئة مكتبية تاريخية.

(صورة توضيحية فقط)

In linear algebra, the rank-nullity theorem states that for any linear map [latex]T: V \to W[/latex] between finite-dimensional vector spaces, the dimension of its domain [latex]V[/latex] is the sum of its rank (the dimension of its image) and its nullity (the dimension of its kernel). The formula is [latex]\dim(V) = \text{rank}(T) + \text{nullity}(T)[/latex].

تُقدّم نظرية الرتبة والفراغ علاقةً أساسيةً بين أبعاد الفضاءات الفرعية الرئيسية المرتبطة بتحويل خطي. ليكن T: V → W تطبيقًا خطيًا. نواة T، ويرمز لها بـ ker(T)، هي مجموعة المتجهات في V التي تُقابل المتجه الصفري في W. يُسمى بُعد النواة فراغ T. صورة T، ويرمز لها بـ im(T)، هي مجموعة جميع المتجهات في W التي تُمثل مخرجات T لمتجه إدخال من V. بُعد الصورة هو رتبة T.

تنص النظرية على أن بُعد المجال (T) يساوي بُعد النواة (T) + بُعد الصورة (T). تتضمن إحدى استراتيجيات البرهان الشائعة بناء أساس. أولًا، نجد أساسًا للنواة، ولنقل {u₁, ..., uₖ}، حيث k = nullity(T). بما أن النواة فضاء جزئي من V، يمكن توسيع هذا الأساس ليصبح أساسًا لجميع عناصر V: {u₁, ..., uₖ, v₁, ..., vₖ}. وبالتالي، يكون بُعد V هو k + r. الخطوة الأخيرة هي إثبات أن المجموعة [latex]{T(v_1), dots, T(v_r)}[/latex] تشكل أساسًا لصورة T. وهذا يثبت أن الرتبة هي [latex]r[/latex]، وبالتالي [latex]dim(V) = k+r = text{nullity}(T) + text{rank}(T)[/latex].

بالنسبة للمصفوفات، إذا كانت المصفوفة A مصفوفة من الرتبة m × n، فإنها تمثل تطبيقًا خطيًا من ℝⁿ إلى ℝᵐ. بُعد المجال هو n. رتبة A هي بُعد فضاء أعمدتها، وفراغها هو بُعد فضاءها الصفري. تصبح النظرية n = رتبة A + فراغ A.

تُعدّ هذه النظرية عنصرًا أساسيًا فيما يُعرف أحيانًا بالنظرية الأساسية للجبر الخطي، والتي تُقدّم وصفًا شاملًا لبنية الفضاءات الفرعية الأساسية الأربعة المرتبطة بالمصفوفة [latex]m times n[/latex]A[/latex]: فضاء الأعمدة، والفضاء الصفري، وفضاء الصفوف، والفضاء الصفري الأيسر. وتُوضّح هذه النظرية بوضوح المقايضة بين ازدياد مجموعة حلول المعادلة [latex]Ax=0[/latex] (الفضاء الصفري)، وتناقص مجموعة المخرجات الممكنة [latex]Ax[/latex] (فضاء الأعمدة)، بحيث يُساوي مجموع أبعادها البُعد الكلي لفضاء المدخلات.

UNESCO Nomenclature: 1201
– Algebra

يكتب

نظام مجرد

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • مفهوم الفضاء المتجهي، الذي صاغه جوزيبي بيانو.
  • نظرية المصفوفات، التي طورها آرثر كايلي.
  • مفهوم أبعاد الفضاء المتجهي الذي طوره هيرمان غراسمان.
  • فهم الاستقلال الخطي ومتجهات الأساس.
  • صياغة التحولات الخطية (الخرائط) بين فضاءات المتجهات.
  • الأعمال المبكرة في حل أنظمة المعادلات الخطية لكارل فريدريش جاوس.

التطبيقات

  • حل أنظمة المعادلات الخطية
  • تحليل المكونات الرئيسية (PCA) في علم البيانات
  • تحويلات الرسومات الحاسوبية
  • نظرية التحكم في الهندسة
  • رموز اكتشاف الأخطاء وتصحيحها
  • التشفير
  • ميكانيكا الكم

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • optimizing الشبكة العصبية architectures by analyzing the rank and nullity of weight matrices to prune redundant neurons.
  • تطوير خوارزميات ضغط البيانات أكثر كفاءة من خلال تحديد واستغلال المساحة الفارغة لمصفوفات تحويل البيانات.
  • إنشاء أكواد جديدة لتصحيح الأخطاء استنادًا إلى خصائص نواة الخريطة الخطية التي تمثل عملية الترميز.
  • تعزيز خوارزميات الحوسبة الكمومية باستخدام نظرية الرتبة-العدم لتحليل مساحة الحالة للأنظمة الكمومية تحت التحولات الخطية.
  • تصميم أنظمة تحكم متقدمة للروبوتات حيث تمثل المساحة الخالية لمصفوفة جاكوبي حركات زائدة يمكن استخدامها لتجنب العوائق.
  • تحسين أنظمة التوصية من خلال تحليل رتبة مصفوفات عناصر المستخدم لفهم أبعاد تفضيلات المستخدم.
  • تطوير تقنيات تشفير جديدة حيث يعتمد الأمان على صعوبة العثور على نواة التحول الخطي الكبير والمتفرق.
  • إنشاء خوارزميات فنية توليدية تستخدم جوهر التحويل لتوليد الاختلافات داخل مساحة أسلوبية محددة.
  • تحليل النماذج المالية من خلال تطبيق النظرية على مصفوفات المؤشرات الاقتصادية لتحديد العوامل المستقلة والتبعيات.
  • في bioinformatics, analyzing gene expression data matrices to determine the effective number of independent regulatory pathways (rank) and co-regulated gene sets (null space).
ذات صلة بـ: نظرية الرتبة والفراغ، الجبر الخطي، الفضاء المتجهي، البعد، النواة، الفراغ، الصورة، الرتبة، التحويل الخطي، نظرية المصفوفات.

السياق التاريخي

نظرية الرتبة-العدم

1848
1850
1854
1884
1896
1900
1903
1829
1850
1854
1854
1895
1899
1900
1911

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.