
在之前的文章005中,我们给出了一则关于m行n列的列满秩矩阵必定存在n阶非零子式的证明。那个证明可能有些难以理解,今天我们将尝试使用数学归纳法,给出一个更加直观且简洁的证明。
考虑第一步:对于一个m行1列的列满秩矩阵。由于这唯一的一列是线性无关的,因此该列向量是一个非零向量,存在非零分量。由这个非零分量构成的1阶子式就是一个非零子式,所以结论对于这种情况是成立的。
接下来,我们进行归纳假设:假设对于一个m行k列的列满秩矩阵,存在k阶非零子式。
然后,我们考虑一个m行n列的列满秩矩阵A,其列向量满足线性无关。由于线性无关的性质,我们知道从矩阵A中选取的某些列向量也构成线性无关。我们选取这些列向量构成一个较小的矩阵。根据归纳假设,这个小矩阵存在k阶非零子式。假设这个子式与从矩阵A中选取的某些行和列构成的另一个矩阵有关。如果这两个矩阵的某些部分关系不明确,就会产生矛盾。具体来说,如果我们从剩余的m-k行中选取一行,然后与选择的列一起构成一个新的矩阵,如果新矩阵的子式与原始矩阵的子式关系不明确,也会产生矛盾。我们可以得出结论,一个m行n列的列满秩矩阵必定存在n阶非零子式。
当矩阵A的秩等于r时,意味着矩阵A存在一个r阶非零子式。这个r阶非零子式所在的列必然是线性无关的,因此矩阵的列向量的秩一定大于等于矩阵的秩。如果矩阵有r列线性无关,那么这r列中必然存在一个r阶非零子式,这意味着矩阵的秩大于等于其列向量的秩。由此我们可以知道,矩阵的秩等于其列向量组的秩。由于矩阵转置后其秩不变,因此矩阵的秩、其列向量的秩、其行向量的秩三者是相等的。
