Линейная комбинация и линейная оболочка
Пусть \(v_1,\ldots,v_k\) — строки одинаковой длины или столбцы одинаковой высоты. Выражение
\[\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k\]
называется линейной комбинацией этих векторов. Все возможные линейные комбинации образуют их линейную оболочку. Это наименьшее линейное подпространство, содержащее исходные векторы.1
Для матрицы \(A=[A_1\,A_2\,\ldots\,A_n]\) с столбцами \(A_j\) произведение на столбец \(x=(x_1,\ldots,x_n)^T\) имеет вид
\[Ax=x_1A_1+\cdots+x_nA_n.\]
Поэтому матричное уравнение \(Ax=b\) разрешимо тогда и только тогда, когда \(b\) принадлежит линейной оболочке столбцов \(A\). Так разрешимость \(Ax=b\) непосредственно связывается с пространством столбцов матрицы.1
Линейная зависимость
Векторы \(v_1,\ldots,v_k\) называются линейно зависимыми, если существуют коэффициенты \(\alpha_i\), не все нулевые, для которых
\[\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k=0.\]
Если нулевая комбинация возможна только при всех \(\alpha_i=0\), система линейно независима.1
Из определения следуют полезные критерии. Система с нулевым вектором зависима. Если один из векторов выражается линейной комбинацией остальных, система зависима. Обратно, из любой нетривиальной линейной зависимости можно выразить вектор с ненулевым коэффициентом через остальные.1
Строки и столбцы матрицы
Для одной матрицы можно отдельно рассматривать линейную оболочку строк и линейную оболочку столбцов. Их базисы могут состоять из разных наборов векторов, но их размерности совпадают; это общее число называется рангом матрицы и подробно рассматривается в отдельной теме.1