Zdefiniujmy homomorfizm Homomorfizm przestrzeni liniowych i nad ciałem to funkcja taka, że

dla dowolnych Zdefiniujmy wzorem

Mamy

dla dowolnych a zatem jest homomorfizmem.

Zdefiniujmy funkcję wzorem

gdzie to z definicji wewnętrznej sumy prostej jedyne takie przedstawienie wektora że Dla i utwórzmy sumę Z definicji wewnętrznej sumy prostej istnieje tylko jedno przedstawienie

takie, że

jest takim przedstawieniem, a zatem jest jedyne. Wynika z tego, że

A zatem jest homomorfizmem.

Złożenia i są funkcjami identycznościowymi:

dla i Oznacza to z definicji funkcji odwrotnej, że i są funkcjami wzajemnie odwrotnymi

a zatem jest izomorfizmem i

Twierdzenie o rozkładzie na sumę prostą Jeżeli jest podprzestrzenią liniową przestrzeni to zawsze istnieje taka podprzestrzeń że

W algebrze liniowej, podprzestrzenie i nazywane są podprzestrzeniami (wzajemnie) komplementarnymi.

Przykłady Przykład 1: Suma prosta w przestrzeni funkcji Niech oznacza przestrzeń liniową wszystkich funkcji rzeczywistych określonych w zbiorze liczb rzeczywistych. Niech będą zdefiniowane jako: – przestrzeń liniowa funkcji nieparzystych, – przestrzeń liniowa funkcji parzystych.

Dowolną funkcje można przedstawić jako sumę

gdzie pierwszy składnik jest funkcją parzystą, drugi zaś nieparzystą.