平成29年度東工大大学院試験問題  基礎 第2問

解答

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発想とポイント

\text{rank}A = \text{dimIm}Aより、\text{Im}Aを調べる。
\text{Im}Aの基本的な性質として、 \dots \subseteq \text{Im}A^2 \subseteq \text{Im}A \subseteq \mathbb{C}^nがある。
この次元の列は下に有界な広義単調減少列だから、必ず等しい部分があり、それ以降は常に等しくなる。(上に証明の*の部分)
後はその等しい部分がn+1~1の間に起こることを示せば良い。