Teorema rango-nulidad

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Teorema rango-nulidad. . La dimensión del núcleo de T más la dimensión de la imagen de T es igual a la dimensión del espacio vectorial de partida V.

En matemáticas, el teorema rango–nulidad es un teorema en álgebra lineal, que dice que la dimensión del dominio de una transformación lineal es la suma de su rango (dimensión de su imagen) y su nulidad (la dimensión de su núcleo o kernel).

Teorema[editar]

Sean y espacios vectoriales con y sea una transformación lineal entonces

donde

es decir

Demostración[editar]

Sea una transformación lineal. Supongamos que el conjunto forma una base del núcleo de , (). Por el teorema de intercambio de Steinitz, podemos extender este conjunto para formar una base de : . Puesto que la dimensión del núcleo de es y la dimensión de es , sólo se necesita demostrar que la dimensión de la imagen de () es .

Veamos que el conjunto es una base de . Para ello, se debe demostrar que genera a y que es linealmente independiente.

Sea un vector arbitrario en . Como es base de , existen escalares únicos tales que:

,
pues

Por lo tanto, genera a .

Ahora, sólo se necesita demostrar que el conjunto es linealmente independiente. Podemos hacer esto demostrando que una combinación lineal de estos vectores es cero si y sólo si el coeficiente de cada vector es cero. Sean tales que:

Entonces, puesto que genera a , existen escalares tales que:

Pero, puesto que forma una base de , en particular es linealmente independiente y, por tanto, todos los escalares , deben ser cero. Por lo tanto, en particular, los son cero y el conjunto es linealmente independiente y forma una base de . Por definición de dimensión, esto prueba que la dimensión de es , como se deseaba.

Véase también[editar]

Referencias[editar]