O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi andijon davlat universiteti
Download 1.62 Mb. Pdf ko'rish
|
Matritsa
§6. Hosmas matritsadan
m -darajali ildiz chiqarish. Quyidagi tenglamani qaraymiz: A X m = (6.54) bu yerda A -berilgan, X -izlanayotgan n -tartibli matritsalar, m -butun musbat son. Bu paragrafda 0 ≠ A bo’lgan xolni qaraymiz. Bu holda A matritsaning barcha xarakteristik sonlari noldan farqli bo’ladi. A matritsaning elementa bo’luvchilarini u p u p p ) ( ,..., ) ( , ) ( 2 1 2 1 λ λ λ λ λ λ − − − (6.55) 149 lar orqali belgilab, A matritsani quyidagicha Jordan formasiga keltiramiz: 1 1 1 1 1 ) ,..., ( ~ − − + + = = U H E H E U U A U A u u u λ λ (6.56) Izlanayotgan X matritsaning xarakteristik sonlarini m -darajali A matritsaning xarakteristik soniga teng bo’lgani uchun X matritsaning xarakteristik sonlari ham noldan farqli bo’ladi. Shuning uchun bu xarakteristik sonlarda m f λ λ = ) ( dan olingan hosila nolga aylanmaydi.Ammo bu holda X matritsaning elementar bo’luvchilari X matritsani m -darajaga ko’targanda yoyilmaydi. Bundan kelib chiqadiki, X matritsaning elementar bo’luvchilari quyidagilar bo’ladi: u p u p p ) ( ,..., ) ( , ) ( 2 1 2 1 ξ λ ξ λ ξ λ − − − (6.57) bu yerda j m j λ ξ = m j j λ ξ = ) ,..., 2 , 1 ( n j = . Endi m j j j H E + λ ni quyidagicha aniqlaymiz. λ -tekislikda markazi j λ nuqtada bo’lib, nolni o’z ichiga olmaydigan doira olamiz. Bu doirada m λ funksiyani m ta ajralgan tarmoqlariga ega bo’lamiz. Bu tarmoqlarini doira markazida qabul qiladigan qiymatlariga qarab ajratish mumkin. m λ bilan j λ nuqtada izlanayotgan X matritsaning j ξ xarakteristik soni bilan ustma-ust tushadigan qiymatni qabul qiluvchi tarmoqni belgilaymiz va shu tarmoqdan kelib chiqib, quyidagi qator yordamida m j j j H E + λ dan olingan funksiyani aniqlaymiz: ... 1 1 1 ! 2 1 1 2 2 1 0 1 1 0 1 0 + − + + = + − − j m j m j m m j j j H m m H m E H E λ λ λ λ (6.58) Qaralayotgan m λ funksiyadan j λ olingan hosila nolga teng emas, u holda (6.58) matritsa faqat bitta j p j ) ( λ λ − elementar bo’luvchiga ega bo’lib, m j j λ ξ = , ) ,..., 2 , 1 ( n j = . Bundan kelib chiqadiki, { } m u u u m m H E H E H E + + + λ λ λ ,...., , 2 2 2 1 1 1 kvazidioganal matritsa (6.57) , ya’ni izlanayotgan X matritsa elementar bo’luvchilariga ega. Shuning uchun shunday T xosmas matritsa mavjudki, unda 150 { } 1 2 2 2 1 1 1 ,...., , − + + + = T H E H E H E T X m u u u m m λ λ λ (6.59) T matritsani aniqlash uchun λ λ = m m ) ( ayniyatdagi λ ning o’rniga j j j H E + λ , ) ,..., 2 , 1 ( n j = ni qo’yib, j j j m m j j j H E H E + = + λ λ ) ( , ) ,..., 2 , 1 ( n j = ni hosil qilamiz. (6.54) va (6.59) dan quyidagi kelib chiqadi: { } 1 2 2 2 1 1 1 ,...., , − + + + = T H E H E H E T A u u u λ λ λ (6.60) (6.56) va (6.60) dan quyidagini topamiz: A UX T ~ = (6.61) bu yerda A X ~ - A ~ matritsa bilan o’rin almashinuvchi, ixtiyoriy xosmas matritsa ( A X ~ ning ifodasi §2 da keltirilgan). (6.61) ni (6.59) ga qo’yib, (6.54) tenglamani barcha yechimlarini o’z ichiga oluvchi formulani hosil qilamiz: { } 1 1 ~ 2 2 2 1 1 1 ~ ,...., , − − + + + = U X H E H E H E UX X A m u u u m m A λ λ λ (6.62) (6.54) tenglamaning barcha yechimlarini A matritsaning m darajali ildizi deb, m A ko’pqiymatli simvol bilan belgilaymiz. m A umumiy holda A matritsaning funksiyasi bo’lmaydi, ya’ni A ning ko’phadi ko’rinishida tasvirlanmaydi. Eslatma.Agar A matritsaning barcha elementar bo’luvchilari juft-jufti bilan o’zaro tub, ya’ni u λ λ λ ,..., 2 1 sonlar har xil bo’lsa, A X ~ matritsa quyidagicha kvazidiogonal ko’rinishga ega bo’ladi: { } u A X X X X ,..., , 2 1 ~ = bu yerda j X matritsa j j j H E + λ matritsa bilan o’rin almashinuvchi, demak j j j H E + λ ning ixtiyoriy funksiyasi bilan, xususiy holda m j j j H E + λ bilan o’rin almashinuvchi bo’ladi ) ,..., 2 , 1 ( n j = . Shuning uchun bu holda (6.62) quyidagicha bo’ladi: { } 1 2 2 2 1 1 1 ,...., , − + + + = U H E H E H E U X m u u u m m λ λ λ 151 Shunday qilib, agar A matritsaning elementar bo’luvchilari juft-jufti bilan o’zaro tub bo’lsa, m A X = uchun formulada faqat diskret ko’pqiymatlilik bo’ladi. Bu holda ixtiyoriy m A qiymatni A ning ko’phadi sifatida tasvirlash mumkin. Misol. Quyidagi matritsaning barcha kvadrat ildizlarini toping: 1 0 0 0 1 0 0 1 1 = A , ya’ni A X = 2 tenglamani barcha yechimlarini toping. Bu holda A matritsaning Jordonnning normal formasiga ega. Shuning uchun (6.62) da A A ~ = , E U = deb olish mumkin A X ~ matritsa quyidagi ko’rinishda bo’ladi: e d a c b a X A 0 0 0 ~ = , bu yerda e d c b a , , , , -ixtiyoriy parametrlar. (6.62) formula quyidagi ko’rinishni oladi: 𝑋𝑋 = � 𝑣𝑣 𝑏𝑏 𝑐𝑐 0 𝑣𝑣 0 0 𝑑𝑑 𝑒𝑒 � � 𝜀𝜀 𝜀𝜀 2 0 0 𝜀𝜀 0 0 0 𝜂𝜂 � � 𝑣𝑣 𝑏𝑏 𝑐𝑐 0 𝑣𝑣 0 0 𝑑𝑑 𝑒𝑒 � −1 , 𝜀𝜀 2 = 𝜂𝜂 2 = 1 (6.63) X ni o’zgartirmay, (6.62) formulada A X ~ ni shunday skalyarga ko’paytirish mumkinki, unda 1 ~ = A X bo’ladi. Bu qaralayotgan holda 1 2 = e a tenglikka olib keladi, bundan 2 − = a e . 𝑋𝑋 𝐴𝐴� −1 matritsaning elementlarini hisoblaymiz. Buning uchun A X ~ koeffisiyentilaridan tuzilgan matritsani chiziqli almashtirishni yozamiz: 3 2 1 1 cx bx ax y + + = , 2 2 ax y = , 3 2 2 3 x a dx y − + = . Bu sistemani 3 2 1 , , X X X ga nisbatan yechib, quiydagi teskari almashtirishni hosil qilamiz: 152 3 2 2 1 1 1 ) ( acy y cd b a y a x − − − = − − , 2 1 2 y a x − = , 3 2 2 3 y a ady x + − = . Bundan , 2 1 2 1 1 2 1 ~ 0 0 0 0 0 0 a ad a ac b a cd a a d a c b a X A − − − = = − − − − − − bo’lib, (6.63) dan η η ε ε ε η ε η ε ε η η ε ε ε η ε η ε ε w v vw da c a acd X ) ( 0 0 0 ) ( 2 ) ( ) ( 0 0 0 ) ( 2 ) ( 1 2 − − + − = − − + − = − , (6.64) d a w c a v 1 2 , − = = Demak, X yechim ikkita v va w ixtiyoriy parametrlar va ikkita ε va η ixtiyoriy belgilarga bog’liq. §7. Xos matritsadan m -darajali ildiz chiqarish. Bu paragrafda 0 = A holni qaraymiz. Bu holda ham 0 ≠ A holdagi kabi A matritsani quyidagicha Jordonning normal formasiga keltiramiz: 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) `( ) ( ) ( 1 ) ,..., , , ,..., ( 2 1 1 1 − + + = U H H H H E H E U A t u u q q q p p u p p λ λ , (6.65) bu yerda u p u p ) ( ,...., ) ( 1 1 λ λ λ λ − − - A matritsaning nolmas xarakteristik sonlariga mos elementar bo’luvchilari, t q q q λ λ λ ,..., , 2 1 esa nolli xarakteristik sonlarga mos elementar bo’luvchilari. U holda { } 1 2 1 , − = U A A U A (6.66) bu yerda { } { } ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) `( ) ( ) ( 1 1 ,..., , ; ,..., 2 1 1 1 t u u q q q p p u p p H H H A H E H E A = + + = λ λ (6.67) 153 ko’rinib turibdiki, 1 A -xosmas matritsa, ya’ni 0 1 ≠ A , 2 A esa nilpotentlik indeksi ( ) t q q q ,..., , max 2 1 = µ bo’lgan nilpotent matritsa, ya’ni 0 2 = µ A . Berilgan (6.54) tenglamadan kelib chiqadiki, A matritsa izlanayotgan X matritsa bilan o’rin almashinuvchi, demak, unga o’xshash bo’lgan quyidagi matritsalar bilan ham o’rin almashinuvchi: { } 2 1 1 , A A AU U = − va XU U 1 − (6.68) §2 dagi teorema 6.3 da isbotlanganidek, (6.68) matritsalarning o’rin almashinuvchanligidan va 1 A va 2 A matritsalarni umumiy xarakteristik sonlarga ega emasligidan kelib chiqadiki, (6.68) ning ikkinchi matritsasi mos ravishda kvazidiogonal formaga ega { } 2 1 1 , X X XU U = − (6.69). (6.54) tenglamadagi A va X matritsalarni ularga o’xshash bo’lgan { } 2 1 , A A va { } 2 1 , X X matritsalar bilan almashtirib, (6.54) tenglamani quyidagi ikkita tenglama bilan almashtiramiz: 1 1 A X m = , (6.70) 2 2 A X m = (6.71) 0 1 ≠ A bo’lgani uchun (6.70) tenglamaga avvali paragrafdagi natijalarni qo’llab, 1 X ni (6.62) formula bo’yicha topamiz: { } 1 ) ( ) ( ) ( ) ( 1 1 1 2 1 1 ,...., − + + = A m p p u m p p A X H E H E X X u u λ λ (6.72) Shunday qilib, (6.71) tenglamani qarash qoldi, ya’ni { } ) ( ) ( ) ( 2 ,..., , 2 1 t q q q H H H A = (6.73) Jordonning normal formasiga ega bo’lgan , ) ,..., , max( 2 1 t q q q = µ nilpotentlik indeksili 2 A nilpotentlik matritsaning m -darajali barcha ildizlarini tanish bilan shug’ullanamiz. 0 2 = µ A va (6.71) dan 0 2 = µ m X 154 Bu oxirgi tenglikdan ko’rinadiki, 2 X izlanayotgan matritsa Y nilpotentlik indeksli nilpotent matritsa bo’lib, ( ) µ µ m Y m ≤ ≤ −1 . 2 X matritsani Jordon formasiga o’tkazamiz: { } 1 ) ( ) ( ) ( 2 ,..., , 2 1 − = T H H H T X t v v v , (6.74) ) ,..., , ( 2 1 y v v v s ≤ . (6.74) tenglikni ikkala tomonini m -darajaga ko’tarib, quyidagini hosil qilamiz: { } 1 ) ( ) ( ) ( 2 2 ] [ ,..., ] [ , ] [ 2 1 − = = T H H H T X A m v m v m v m t (6.75) m v H ] [ ) ( matritsa qanday elementar bo’luvchilarga ega ekanligini aniqlaymiz. v e e e H ,..., , 2 1 − bazisli v -o’chovli vektor fazodagi ) (v H matritsali chiziqli operator bo’lsin. ) (v H matritsaning ko’rinishinidan kelib chiqadiki, 1 1 2 1 ,..., , 0 − = = = v v e e H e e H e H (6.76) Bu tengliklar ko’rsatadiki, H operator uchun v e e e ,..., , 2 1 vektorlar v λ elementar bo’luvchiga mos Jordancha vektorlar zanjirini tashkil qiladi. (6.76) tengliklarni quyidagicha yozamiz: 1 − = j j e e H ) 0 , ,..., 2 , 1 ( 0 = = e v j . Bundab ko’rinadiki, m j j m e e H − = ) 0 ... , ,..., 2 , 1 ( 1 1 0 = = = = = + −m e e e v j (6.77) v sonini quyidagicha yozamiz: ) ( m r r km v < + = , bu yerda k, r butun manfiymas sonlar. v e e e ,..., , 2 1 bazis vektorlarni quyidagicha joylashtiramiz: x km km km km m k m k m m m m e e e e e e e e e e e e + + + + − + − + + 2 1 2 ) 1 ( 1 ) 1 ( 2 2 1 2 1 (6.78) Bu jadvalda m ta ustun bo’lib, birinchi r ta ustunda 1 + k ta vektor, qolgan ustunlarda k ta vektorlar bor. (6.77) tengliklardan ko’rinadiki (6.78) jadvalning 155 har bir ustunidagi vektorlar sistemasi m H operatorga nisbatan vektorlarning Jordan zanjirini tashkil etadi. Agar (6.78) dagi vektorlarni satrlar bo’yicha ketma-ket nomerlanishini ustunlar bo’yicha qilib olsak, u holda hosil qilingan yangi bazisda m H operatorning matritsasi quyidagicha normal Jordan formasiga ega bo’ladi: − + + ta r m k k ta r k k H H H H ) ( ) ( 1 ) 1 ( ,..., , ,..., , bundan, { } 1 , ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( , ) ( ,..., , ,..., ] [ − + + = m v k k k k m v m v P H H H H P H , (6.79) bu yerda bir bazisdan boshqa bazisga o’tish matritsasi m v P , quyidagi ko’rinishda bo’ladi: . .......... .......... .......... 0 ... 1 0 0 ... 0 0 .... .......... .. ... .. ....... 1 0 ... 0 0 ....... 0 0 ... 0 1 , ta m m v P = (6.80) v H matritsa bitta v λ elementar bo’luvchiga ega bo’lib, v H ni m -darajaga ko’targanda bu elementar bo’luvchi deyiladi.(6.79) dan ko’rinadiki m v H ] [ ) ( matritsa quyidagi elementar bo’luvchilarga ega: − + + ta r m k k ta r k k ) ( ) ( 1 ) 1 ( ,..., , ,..., λ λ λ λ Endi (6.75) tenglikka qaytib, i i i r m k v + = , ) ,..., 2 , 1 , 0 , 0 ( s i k m r i i = > < ≤ (6.81) deb olamiz. U holda (6.79) ga asosan (6.75) ni quyidagicha yozamiz: 1 1 ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 ,..., , ,..., , ,..., , ,..., − − − + + − + + = = T P H H H H H H H H TP X A ta r m k k ta r k k ta r m k k ta r k k m (6.82) bu yerda } ,..., , { , , , 2 1 m v m v m v s P P P P = . 156 (6.82) ni (6.73) bilan solishtirib, ko’ramizki, ... ,..., , ,..., , ,..., , ,..., ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( 2 2 2 2 1 1 1 1 k k k k k k k k H H H H H H H H + + + + (6.83) kataklar tartibigacha aniqlikda ) ( ) ( ) ( ,..., , 2 1 t q q q H H H (6.84) kataklar bilan ustma-ust tushishi kerak. 3 2 1 ,..., , v v v λ λ λ elementar bo’luvchilarni 2 X uchun mumkin bo’lgan deb aytamiz, agarda matritsani m -darajaga ko’targandan co’ng bu elementar bo’luvchilar yoyilib, 2 A matritsaning berilgan t q q q λ λ λ ,..., , 2 1 elementar bo’luvchilari sistemasini yuzaga keltirsa. Elementar bo’luvchilarning mumkin bo’lgan sistemasi soni har doim chekli bo’ladi, chunki µ m v v v ≤ ) ,..., , max( 3 2 1 , 2 3 2 1 ... n v v v = + + + , (6.85) bu yerda 2 n - 2 A matritsaning (darajasi) tartibi. Har bir mumkin bo’lgan elementar bo’luvchilar sistemasi 3 2 1 ,..., , v v v λ λ λ uchun (6.71) tenglamaning mos yechimi mavjud ekanligini ko’rsatamiz va bu yechimlarni aniqlaymiz . Bu holda shunday almashtiruvchi Q matritsa mavjudki, unda Q A Q H H H H H H H H k k k k k k k k 2 1 ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ...} ,..., , ,..., , ,..., , ,..., { 2 2 2 2 1 1 1 1 − + + + + = (6.86) Q matritsa kvazidiogonal matritsadagi kataklarning o’rin almashinishini amalga oshiradi. Shuning uchun Q matritsani ma’lum deb xisoblaymiz. (6.86) ga asosan (6.82) dan quyidagini hosil qilamiz: 1 1 2 1 2 − − − = T QP A TPQ A . Bundan, 2 1 A X TPQ = − yoki 1 2 − = QP X T A (6.87) bu yerda 2 A X - 2 A matritsa bilan o’rin almashinuvchi ixtiyoriy matritsa. (6.87) ni (6.74) ga qo’yib, quyidagiga ega bo’lamiz: 1 1 ) ( ) ( ) ( 1 2 2 2 1 2 } ,...., , { − − − = A v v v A X PQ H H H QP X X s (6.88) (6.69), (6.72) va (6.88) dan barcha izlangan yechimlarni o’zida saqlovchi umumiy formulani hosil qilamiz: 157 { } 1 1 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 1 2 1 1 2 1 2 1 ,..., , ,...., } , { − − − − − + + = U X PQ X H H H E H E QP X X U X A s A v v m p p u m p p A A s u u λ λ (6.89) Shuni aytib o’tish kerakki, xos matritsaning m -darajali ildizi har doim ham mavjud bo’lavermaydi. Uni mavjudligi 2 X matritsa uchun mumkin bo’lgan elementar bo’luvchilar sistemasini mavjudligiga bog’liq. Tekshirib ko’rish mumkinki, ) ( p m H X = tenglama 1 , 1 > > p m da yechimga ega emas. Misol. 0 0 0 0 0 0 0 1 0 = A matritsani kvadrat ildizdan chiqaring, ya’ni A X = 2 tenglamani barcha yechimlarini toping. Bu holda 2 2 , X X A A = = , 1 , 2 , 2 , 2 2 1 = = = = q q t m .X matritsa faqat bitta 3 λ elementar bo’luvchiga ega bo’lishi mimkin. Shuning uchun 1 , 1 , 3 , 1 1 1 1 = = = = r k v s va E Q P P P = = = = − , 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 2 , 3 Bundan tashqari, avvalgi misoldagi kabi (6.88) formulada , 0 0 0 2 2 − = a d a c b a X A 2 1 2 1 1 ~ 0 0 0 a ad a ac b a cd a X A − − − = − − − − deb olish mumkin. Bu formuladan quyidagini hosil qilamiz: , 0 0 0 0 0 0 1 1 ) 3 ( ) 1 ( 2 2 2 2 − − = = = = β β α A A A PX H P X X X X bu yerda d a ca 2 1 − − = − α va 3 a = β -ixtiyoriy parametrlar. |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling