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रैंक-शून्यता प्रमेय

1884
  • James Joseph Sylvester
एक गणितज्ञ ऐतिहासिक कार्यालय के परिवेश में रैंक-शून्यता प्रमेय लिख रहे हैं।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

रेखीय बीजगणित में, रैंक-शून्यता प्रमेय यह बताता है कि परिमित-आयामी सदिश स्थानों के बीच किसी भी रेखीय मानचित्र [latex]T: V to W[/latex] के लिए, उसके डोमेन [latex]V[/latex] का आयाम उसकी रैंक (उसकी छवि का आयाम) और उसकी शून्यता (उसके कर्नेल का आयाम) का योग होता है। सूत्र है [latex]dim(V) = text{rank}(T) + text{nullity}(T)[/latex]।

रैंक-शून्यता प्रमेय एक रेखीय रूपांतरण से जुड़े प्रमुख उपस्थानों के आयामों के बीच एक मूलभूत संबंध प्रदान करता है। मान लीजिए [latex]T: V to W[/latex] एक रेखीय मानचित्र है। T का कर्नेल, जिसे [latex]ker(T)[/latex] से दर्शाया जाता है, [latex]V[/latex] में उन सदिशों का समुच्चय है जो [latex]W[/latex] में शून्य सदिश पर मैप किए जाते हैं। कर्नेल के आयाम को T की शून्यता कहा जाता है। T की छवि, जिसे [latex]text{im}(T)[/latex] से दर्शाया जाता है, [latex]W[/latex] में उन सभी सदिशों का समुच्चय है जो [latex]V[/latex] से किसी इनपुट सदिश के लिए T का आउटपुट हैं। छवि का आयाम T की रैंक है।

प्रमेय कहता है कि [latex]dim(text{domain}(T)) = dim(ker(T)) + dim(text{im}(T))[/latex]। एक सामान्य प्रमाण रणनीति में आधार का निर्माण शामिल है। सबसे पहले, कर्नेल के लिए एक आधार ज्ञात कीजिए, मान लीजिए [latex]{u_1, dots, u_k}[/latex], जहाँ [latex]k = text{nullity}(T)[/latex]। चूंकि कर्नेल [latex]V[/latex] का एक उपस्थान है, इसलिए इस आधार को [latex]V[/latex] के सभी के लिए एक आधार तक विस्तारित किया जा सकता है: [latex]{u_1, dots, u_k, v_1, dots, v_r}[/latex]। इस प्रकार [latex]V[/latex] का आयाम [latex]k+r[/latex] है। अंतिम चरण यह दर्शाना है कि समुच्चय [latex]{T(v_1), dots, T(v_r)}[/latex] T की छवि के लिए एक आधार बनाता है। यह सिद्ध करता है कि रैंक [latex]r[/latex] है, और इसलिए [latex]dim(V) = k+r = text{nullity}(T) + text{rank}(T)[/latex]।

मैट्रिक्स के लिए, यदि [latex]A[/latex] एक [latex]m times n[/latex] मैट्रिक्स है, तो यह [latex]mathbb{R}^n[/latex] से [latex]mathbb{R}^m[/latex] तक एक रैखिक मानचित्र को दर्शाता है। डोमेन का आयाम [latex]n[/latex] है। [latex]A[/latex] की रैंक उसके कॉलम स्पेस का आयाम है, और उसकी शून्यता उसके शून्य स्पेस का आयाम है। प्रमेय इस प्रकार है: [latex]n = text{rank}(A) + text{nullity}(A)[/latex]।

यह प्रमेय रैखिक बीजगणित के मूलभूत प्रमेय का एक प्रमुख घटक है, जो एक [latex]m times n[/latex] मैट्रिक्स [latex]A[/latex] से जुड़े चार मूलभूत उपस्थानों की संरचना का व्यापक विवरण प्रदान करता है: स्तंभ स्थान, शून्य स्थान, पंक्ति स्थान और बायां शून्य स्थान। यह खूबसूरती से दर्शाता है कि जैसे-जैसे [latex]Ax=0[/latex] (शून्य स्थान) के हलों का समुच्चय बढ़ता है, संभावित आउटपुट [latex]Ax[/latex] (स्तंभ स्थान) का समुच्चय छोटा होता जाता है, और उनके आयामों का योग इनपुट स्थान के कुल आयाम के बराबर होता है।

UNESCO Nomenclature: 1201
बीजगणित

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • वेक्टर स्पेस की अवधारणा, जिसे ग्यूसेप्पे पियानो द्वारा औपचारिक रूप दिया गया था।
  • आर्थर केले द्वारा विकसित मैट्रिक्स का सिद्धांत।
  • हरमन ग्रासमैन द्वारा विकसित सदिश स्थान के आयाम की अवधारणा।
  • रेखीय स्वतंत्रता और आधार सदिशों की समझ।
  • वेक्टर स्पेस के बीच रैखिक रूपांतरणों (मैप्स) का औपचारिककरण।
  • कार्ल फ्रेडरिक गॉस द्वारा रैखिक समीकरणों की प्रणालियों को हल करने पर किया गया प्रारंभिक कार्य।

आवेदन

  • रैखिक समीकरणों की प्रणालियों को हल करना
  • डेटा साइंस में प्रिंसिपल कंपोनेंट एनालिसिस (पीसीए)
  • कंप्यूटर ग्राफिक्स रूपांतरण
  • इंजीनियरिंग में नियंत्रण सिद्धांत
  • त्रुटि पहचान और सुधार कोड
  • क्रिप्टोग्राफी
  • क्वांटम यांत्रिकी

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • optimizing तंत्रिका नेटवर्क architectures by analyzing the rank and nullity of weight matrices to prune redundant neurons.
  • डेटा रूपांतरण मैट्रिक्स के शून्य स्थान की पहचान और उसका उपयोग करके अधिक कुशल डेटा संपीड़न एल्गोरिदम विकसित करना।
  • एनकोडिंग प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करने वाले रैखिक मानचित्र के कर्नेल के गुणों के आधार पर नए त्रुटि-सुधार कोड बनाना।
  • रेखीय रूपांतरणों के तहत क्वांटम प्रणालियों के अवस्था स्थान का विश्लेषण करने के लिए रैंक-शून्यता प्रमेय का उपयोग करके क्वांटम कंप्यूटिंग एल्गोरिदम को बढ़ाना।
  • रोबोटिक्स के लिए उन्नत नियंत्रण प्रणालियों को डिजाइन करना, जहां जैकोबियन मैट्रिक्स का शून्य स्थान अनावश्यक गतियों का प्रतिनिधित्व करता है जिनका उपयोग बाधा से बचने के लिए किया जा सकता है।
  • उपयोगकर्ता प्राथमिकताओं की विमा को समझने के लिए उपयोगकर्ता-आइटम मैट्रिक्स की रैंक का विश्लेषण करके अनुशंसा प्रणालियों में सुधार करना।
  • नई क्रिप्टोग्राफिक तकनीकों का विकास करना जहां सुरक्षा एक बड़े, विरल रैखिक रूपांतरण के मूल को खोजने की कठिनाई पर निर्भर करती है।
  • जनरेटिव आर्ट एल्गोरिदम बनाना जो एक परिभाषित शैलीगत दायरे के भीतर विविधताएं उत्पन्न करने के लिए रूपांतरण के मूल तत्व का उपयोग करते हैं।
  • आर्थिक संकेतकों के मैट्रिक्स पर प्रमेय को लागू करके वित्तीय मॉडलों का विश्लेषण करना ताकि स्वतंत्र कारकों और निर्भरताओं की पहचान की जा सके।
  • में bioinformatics, analyzing gene expression data matrices to determine the effective number of independent regulatory pathways (rank) and co-regulated gene sets (null space).
संबंधित विषय: रैंक-शून्यता प्रमेय, रैखिक बीजगणित, सदिश स्थान, आयाम, कर्नेल, शून्यता, छवि, रैंक, रैखिक रूपांतरण, मैट्रिक्स सिद्धांत।

ऐतिहासिक संदर्भ

रैंक-शून्यता प्रमेय

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

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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