O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi andijon davlat universiteti
Download 1.62 Mb. Pdf ko'rish
|
Matritsa
- Bu sahifa navigatsiya:
- Ta’rif 7.6
- Ta’rif 7.7.
- Teorema 7.18
- §11. Erkinlik darajasi n bo’lgan sistemalarning kichik tebranishlari.
§
𝟗𝟗. Kvadratik formalar ustida amallar. Quyidari n o’zgaruvchili kvadratik formani qaraymiz: 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥, (7.87) bu yerda 𝑥𝑥 = (𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 ) 𝑇𝑇 , 𝐴𝐴 = (𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 ) 𝑖𝑖,𝑗𝑗 =1 𝑛𝑛 , 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 = 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑖𝑖 . 𝛼𝛼 ∈ 𝑅𝑅- ixtiyoriy xaqiqiy son. Ta’rif 7.6 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) kvadratik formani haqiqiy songa ko’paytmasi deb, quyidagi tenglik bilan aniqlanuvchi kvadratik formaga aytiladi: αf(x, x) = x T (αA)x = σ ��|α|x� T A ��|α|x�, (7.88) bu yerda 𝜎𝜎 = � 1 agar α ≥ 0 bo’lsa, −1 agar α > 0 bo’lsa. (7.88) tenglikdan ko’rinadiki, 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝜎𝜎𝑓𝑓 ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥, �|𝛼𝛼|𝑥𝑥�, (7.89) Xaqiqatan, 194 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝛼𝛼𝐴𝐴)𝑥𝑥 = 𝛼𝛼 � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =1 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 = 𝜎𝜎 ∙ |𝛼𝛼| � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =1 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 = 𝜎𝜎 � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥 𝑖𝑖 � ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥 𝑗𝑗 � 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =1 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 = 𝜎𝜎 ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥� 𝑇𝑇 𝐴𝐴 ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥� = 𝜎𝜎𝑓𝑓 ��|𝛼𝛼|𝑥𝑥, �|𝛼𝛼|𝑥𝑥�, Ta’rif 7.7. 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 kvadratik formalarni yig’indisi deb quyidagi kvadratik formaga aytiladi: f(x, x) + g(x, x) = x T (A + B)x (7.90) 1. Kvadratik formalar ustida aniqlangan qo’shish va songa ko’paytirish amallari quyidagi xossalarga ega bo’ladi. 1) 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 2) �𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� + 𝑞𝑞(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + (𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑞𝑞(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)), 3) 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 0 = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) sharti qanoatlantiruvchi 𝑥𝑥 𝑇𝑇 0𝑥𝑥=0 element mavjud, 4) Ixtiyoriy 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) uchun 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + �−𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� = 0 shartni qanoatlantiruvchi - 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) qarama-qarshi element mavjud, 5) 𝛼𝛼�𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� = 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝛼𝛼𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 6) (𝛼𝛼 ± 𝛽𝛽)𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) ± 𝛽𝛽𝑓𝑓𝑐𝑐(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 7) (𝛼𝛼𝛽𝛽)𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝛼𝛼(𝛽𝛽𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝛽𝛽�𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)�, 8) 1 ∙ 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)= 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), Haqiqatan, 1) 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + 𝐵𝐵)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐵𝐵 + 𝐴𝐴)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 2) �𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� + 𝑞𝑞(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = (𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥) + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝑄𝑄𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 �(𝐴𝐴 + 𝐵𝐵) + 𝑄𝑄�𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + (𝐵𝐵 + 𝑄𝑄)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐵𝐵 + 𝑄𝑄)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + (𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝑄𝑄𝑥𝑥) = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + (𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑞𝑞(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)), 3) 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 0 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 0𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + 0)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 195 4) 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + �−𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + (−𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 − 𝐴𝐴)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 0𝑥𝑥 = 0, 5) 𝛼𝛼�𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)� = 𝛼𝛼(𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥) = 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + 𝐵𝐵)𝑥𝑥 = = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝛼𝛼𝐴𝐴 + 𝛼𝛼𝐵𝐵) = 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) ± 𝛼𝛼𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 6) (𝛼𝛼 + 𝛽𝛽)𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + 𝐵𝐵)𝐴𝐴𝑋𝑋 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝛼𝛼𝐴𝐴 + 𝛽𝛽𝐴𝐴)𝑥𝑥 = = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝛼𝛼𝐴𝐴 + 𝛽𝛽𝐴𝐴)𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝛼𝛼𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝛽𝛽𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝛽𝛽𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝛼𝛼𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝛽𝛽𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥), 7) (𝛼𝛼 ∙ 𝛽𝛽)𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)(𝛼𝛼 ∙ 𝛽𝛽)𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝛼𝛼𝛽𝛽)𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝛼𝛼(𝛽𝛽𝐴𝐴)𝑥𝑥 = = 𝛼𝛼𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝛽𝛽𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝛼𝛼�𝛽𝛽𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)�. 8) 1 ∙ 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥)=1 ∙ 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 =𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥). Demak, n o’zgaruvchili kvadratik formalar to’plami chiziqli fazo tashkil qiladi. 2. Agar 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 kvadratik forma aniq (o’zgarmas) ishorali bo’lsa, u xolda 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝛼𝛼𝐴𝐴𝑥𝑥 kvadratik forma ham aniq (o’zgarmas) ishorali bo’lib, 𝛼𝛼 > 0 da ularning ishoralari bir xil, 𝛼𝛼 < 0 da esa har- xil bo’ladi. Bu tasdiqning to’g’riligi 𝐴𝐴 va 𝛼𝛼 ∙ 𝐴𝐴 matritsalarni bir vaqtda aniq (o’zgarmas) ishorali ekanligidan kelib chiqadi. 3. Agar 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) va 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) regulyar kvadratik formalar bir xil aniq (o’zgarmas) ishorali bo’lib, 𝛼𝛼 > 0 bo’lsa, 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝛼𝛼𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) kvadratik formalar dastasi ham huddi shunday aniq (o’zgarmas) ishorali bo’ladi. Haqiqatan, aniqlik uchun 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) va 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) kvadratik formalar musbat aniqlangan bo’lsin deb olamiz. 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) > 0 va 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) > 0 bo’lib, bundan 𝛼𝛼 > 0 da 𝛼𝛼𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥 > 0) bo’lgani uchun 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝛼𝛼𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) > 0 ekanligi kelib chiqadi. Endi 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑔𝑔(𝑦𝑦, 𝑦𝑦) = 𝑦𝑦 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑦𝑦, 𝑥𝑥 = (𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 ) 𝑇𝑇 , 𝑦𝑦 = (𝑦𝑦 1 , 𝑦𝑦 2 , … , 𝑦𝑦 𝑚𝑚 ) 𝑡𝑡 , 𝐴𝐴 = (𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 ) 𝑖𝑖,𝑗𝑗 =1 𝑛𝑛 , 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 = 𝑣𝑣 𝑗𝑗𝑖𝑖 ; 𝐵𝐵 = �𝑏𝑏 𝑘𝑘,𝑒𝑒 � 𝑘𝑘,𝑒𝑒=1 𝑚𝑚 , 𝑏𝑏 𝑘𝑘,𝑒𝑒 = 𝑏𝑏 𝑒𝑒,𝑘𝑘 kvadratik formalarni qaraymiz. Agar 𝑚𝑚 = 𝑛𝑛 bo’lib, 𝑥𝑥 va 𝑦𝑦 chiziqli bog’langan, ya’ni 𝜆𝜆 ≠ 0 mavjudki, unda 𝜆𝜆𝑥𝑥 + 𝑦𝑦 = 0 bo’lsa, 196 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑦𝑦, 𝑦𝑦) = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(−𝜆𝜆𝑥𝑥, −𝜆𝜆𝑥𝑥) = 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝜆𝜆 2 𝑔𝑔(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 (𝐴𝐴 + 𝜆𝜆 2 𝐵𝐵)𝑥𝑥 kvadratik formalar dastasi xosil bo’ladi. 𝑚𝑚 ≠ 𝑛𝑛 bo’lganda vektor koordinatalarini 0 lar bilan to’ldirib, 𝑚𝑚 = 𝑛𝑛 holga keltirishimiz mumkin. Agar 𝑥𝑥 va 𝑦𝑦 vektorlar chiziqli bog’lanmagan bo’lsa, 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑦𝑦, 𝑦𝑦) yig’indini quyidagi ko’rinishdagi bitta kvadratik forma orqali ifodalash mumkin. 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) + 𝑔𝑔(𝑦𝑦, 𝑦𝑦) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + 𝑦𝑦 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑦𝑦 = (𝑥𝑥 𝑇𝑇 , 𝑦𝑦 𝑇𝑇 )� 𝐴𝐴 0 0 𝐵𝐵 � � 𝑥𝑥 𝑦𝑦 � (7.91) (7.91) kvadratik forma 𝑛𝑛 + 𝑚𝑚 o’zgaruvchili bo’lib, unga mos matritsa 𝑛𝑛 + 𝑚𝑚 tartibli bo’ladi. § 𝟏𝟏𝟏𝟏 n-o’zgaruvchili kvadratik formalarni ikki o’zgaruvchili kvadratik formalar yig’indisi shaklida yozish. Ma’lumki, kvadratik formalar amaliy ahamiyatga ega bo’lib, bunda kvadratik formalarning ishoralarini aniqlash muhim ahamiyatga ega. Ammo kvadratik formadagi o’zgaruvchilar soni ortib borishi bilan unga mos matritsaning tartibi ortib borib, unga Silvestr kriteriysini qo’llash yoki uni harakteristik sonlarini topish qiyinlashib boradi. SHuning uchun maqsadimiz berilgan kvadratik formani imkon qadar kamroq o’zgaruvchili kvadratik formalar yig’indisi ko’rinishida ifodalashdan iborat. Teorema 7.18 (7.87) kvadratik forma uchun 𝑛𝑛 > 1 da quyidagi tenglik o’rinli 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = = 1 𝑛𝑛 − 1 � �(𝑥𝑥 𝑖𝑖 , 𝑥𝑥 𝑗𝑗 ) � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝑛𝑛 − 1)𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 (𝑛𝑛 − 1)𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑣𝑣 𝑗𝑗𝑗𝑗 � 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 � 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � (7.92) Isboti. (7.92) tenglikni isbotlash uchun avval o’zgaruvchilar soni 𝑛𝑛 = 2 va 𝑛𝑛 = 3 bo’lgan xususiy xollarni qarab chiqamiz. 1. 𝑛𝑛 = 2 bo’lsin, u holda (7.92) quyidagicha yoziladi. 197 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = (𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 )( 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 2.2 ) � 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 � 2. 𝑛𝑛 = 3 bo’lsin, u holda quyidagiga ega bo’lamiz: 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝑣𝑣 1,1 ∙ 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 2.2 ∙ 𝑥𝑥 2 2 + 𝑣𝑣 3,3 ∙ 𝑥𝑥 3 2 + +2𝑣𝑣 1,2 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 + 2𝑣𝑣 1,3 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 3 + 2𝑣𝑣 2.3 𝑥𝑥 2 𝑥𝑥 3 = = 1 2 𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 2𝑣𝑣 1,2 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 + 1 2 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 1 2 𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 2𝑣𝑣 1,3 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 3 + + 1 2 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 + 1 2 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 2𝑣𝑣 2.3 𝑥𝑥 2 𝑥𝑥 3 + 1 2 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 = = 1 2 �𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 4𝑣𝑣 1,2 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 + 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 � + 1 2 �𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 4𝑣𝑣 1,3 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 3 + 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 � + + 1 2 �𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 4𝑣𝑣 2.3 𝑥𝑥 2 𝑥𝑥 3 + 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 � = = 1 2 (𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 ) � 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 2.2 � � 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 � + 1 2 (𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 3 ) � 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 1,3 𝑣𝑣 1,3 𝑣𝑣 3,3 � � 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 3 � + + 1 2 (𝑥𝑥 2 , 𝑥𝑥 3 ) � 𝑣𝑣 2.2 𝑣𝑣 2.3 𝑣𝑣 2.3 𝑣𝑣 3,3 � � 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 � = = 1 2 � ��𝑥𝑥 𝑖𝑖 , 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑗𝑗 � � 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � 3 𝑗𝑗 =2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 2 𝑖𝑖=1 𝑖𝑖 Endi umumiy holni qaraymiz. 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 = 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =𝑛𝑛 � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 2 + 2 � � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑖𝑖=2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 Ohirgi ifodadagi birinchi yig’indini quyidagicha o’zgartirib yozamiz: � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 2 = 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑣𝑣 11 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 +, … , 𝑣𝑣 𝑛𝑛,𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑛𝑛 2 = = 𝑣𝑣 1,1 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 1 2 + ⋯ + 𝑣𝑣 1,1 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 2.2. 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 2 2 + ⋯ + 𝑣𝑣 2.2. 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 2 2 + n-1ta n-1ta + ⋯ + 𝑣𝑣 𝑛𝑛,𝑛𝑛 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 𝑛𝑛 2 + ⋯ + 𝑣𝑣 𝑛𝑛,𝑛𝑛 𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 𝑛𝑛 2 = n-1ta 198 = 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 � + 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 1,3 𝑥𝑥 3 2 � + 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 𝑛𝑛,𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑛𝑛 2 � + + 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 � + 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 𝑣𝑣 4,4 𝑥𝑥 4 2 � + ⋯ + 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 𝑣𝑣𝑛𝑛,𝑛𝑛𝑥𝑥𝑛𝑛2+ +…+ 1 𝑛𝑛−1 �𝑣𝑣 𝑛𝑛−1,𝑛𝑛−1 𝑥𝑥 𝑛𝑛−1 2 + 𝑣𝑣 𝑛𝑛−1,𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑛𝑛 2 � = = 1 𝑛𝑛 − 1 � ��𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑖𝑖 2 + 𝑣𝑣 𝑗𝑗,𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑗𝑗 2 � 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑖𝑖<𝑗𝑗 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 Bundan, 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 1 𝑛𝑛 − 1 � �(𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑖𝑖 2 + 2(𝑛𝑛 − 1)𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 + 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑗𝑗 𝑥𝑥 𝑗𝑗 2 ) 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 = 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 = 1 𝑛𝑛 − 1 � ��𝑥𝑥 𝑖𝑖 , 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 � 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑛𝑛 − 1𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑛𝑛 − 1𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑗𝑗 � � 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 ni hosil qilamiz. Musbat (manfiy) aniqlangan kvadratik formalar yig’indisi musbat (manfiy) aniqlangan ekanligidan, (7.92) tenglikka asosan (7.87) kvadratik forma uchun quyidagilarni hosil qilamiz: Agar (7.87) kvadratik forma uchun 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑗𝑗 − 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑗𝑗 2 (𝑛𝑛 − 1) 2 ≥ 0, 𝑖𝑖 = 1,2. … , 𝑛𝑛 − 1; 𝑗𝑗 = 2.3, … , 𝑛𝑛; 𝑖𝑖 < 𝑗𝑗 (7.93) shartlar bajarilib, 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 > 0 �𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 < 0� 𝑖𝑖 = 1,1, … , 𝑛𝑛 (7.94) bo’lsa, u manfiymas (musbatmas) bo’ladi. Agar (7.93) shartlarning kamida bittasi uchun 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 𝑣𝑣 𝑗𝑗 ,𝑗𝑗 − (𝑛𝑛 − 1) 2 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑗𝑗 2 > 0; 1 ≤ 𝑖𝑖 ≤ 𝑛𝑛 − 1, 2 ≤ 𝑗𝑗 ≤ 𝑛𝑛, 𝑖𝑖 < 𝑗𝑗 (7.95) bo’lib, (7.94) shartlar bajarilsa, (7.87) kvadratik forma musbat (manfiy) aniqlangan bo’ladi. Ko’plab mehanik sistemalarning harakat tenglamalari to’rtinchi tartibli differentsial tenglamalar sistemasi orqali ifodalanishini hisobga olib, to’rt 199 o’zgaruvchili kvadratik formalar musbat (manfiy) aniqlanganlik shartlarini keltiramiz: 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑣𝑣 1,1 𝑥𝑥 1 2 + 𝑣𝑣 2.2 𝑥𝑥 2 2 + 𝑣𝑣 3,3 𝑥𝑥 3 2 + 𝑣𝑣 4,4 𝑥𝑥 4 2 + 2𝑣𝑣 1,2 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 2 + 2𝑣𝑣 1,3 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 3 + +2𝑣𝑣 1,4 𝑥𝑥 1 𝑥𝑥 4 + +2𝑣𝑣 2.3 𝑥𝑥 2 𝑥𝑥 3 + +2𝑣𝑣 2.4 𝑥𝑥 2 𝑥𝑥 4 + +2𝑣𝑣 3,4 𝑥𝑥 3 𝑥𝑥 4 (7.96) kvadratik formani qaraymiz. Bu kvadratik formaning matritsasi A= � 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 1,3 𝑣𝑣 1,2 𝑣𝑣 2.2 𝑣𝑣 2.3 𝑣𝑣 1,3 𝑣𝑣 2.3 𝑣𝑣 3,3 𝑣𝑣 1,4 𝑣𝑣 2.4 𝑣𝑣 3,4 𝑣𝑣 1,4 𝑣𝑣 2.4 𝑣𝑣 3,4 𝑣𝑣 4,4 � bo’lib, (7.93), (7.94), (7.95) shartlarga ko’ra (7.96) kvadratik forma musbat aniqlangan bo’lishi uchun 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 > 0, 𝑖𝑖 = 1,2,3,4; (7.97) 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 2.2 − 9𝑣𝑣 1,2 2 > 0, 𝑣𝑣 𝑛𝑛 𝑣𝑣 3,3 − 9𝑣𝑣 1,3 2 ≥ 0, 𝑣𝑣 1,1 𝑣𝑣 4,4 − 9𝑣𝑣 1,4 2 ≥ 0, 𝑣𝑣 2.2 𝑣𝑣 3,3 − 9𝑣𝑣 2.3 2 ≥ 0, (7.98) 𝑣𝑣 2.2 𝑣𝑣 4,4 − 9𝑣𝑣 2.4 2 ≥ 0, 𝑣𝑣 3,3 𝑣𝑣 3,3 − 9𝑣𝑣 3,4 2 ≥ 0, Manfiy aniqlangan bo’lishi uchun esa (2.12) shartlar bilan bir vaqtda 𝑣𝑣 𝑖𝑖,𝑖𝑖 < 0, 𝑖𝑖 = 1,2.3,4, (7.99) shartlar bajarilishi yetarlidir. Eslatma: (7.98) shartlardagi qat’iy tengsizlik, qolgan ixtiyoriy tengsizlik bilan almashtirilishi mumkin. Agar 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 , lar matritsaning xarakteristik sonlari bo’lib, 𝐴𝐴 = 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑣𝑣𝑔𝑔( 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 ) bo’lsa, (7.92) forma quyidagi ko’rinishni oladi: 𝑓𝑓(𝑥𝑥, 𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = 1 𝑛𝑛 − 1 � ��𝑥𝑥 𝑖𝑖 , 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � 𝑛𝑛 𝑗𝑗 =2 𝑖𝑖<𝑗𝑗 � 𝜆𝜆 𝑖𝑖 0 0 𝜆𝜆 𝑗𝑗 � 𝑛𝑛−1 𝑖𝑖=1 � 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑗𝑗 � (7.100) §11. Erkinlik darajasi n bo’lgan sistemalarning kichik tebranishlari. n ta erkinlik darajasi bo’lgan konservativ mexanik sistemani o’zining turug’un muvozanat xolati yaqinidagi erkin tebranishlarini qaraymiz. Sistemani muvozanat xolatdan og’ishini o’zaro bog’liq bo’lmagan n q q q , , 2 1 umumlashgan kordinatalar yordamida beramiz. Bunda muvozanat 200 xolatga 0 ,..., 0 , 0 2 1 = = = n q q q mos keladi. U holda sistemaning kinetik energiyasi n q q q , , 2 1 umumlashgan tezliklarning kvadratik formasi ko’rinishida tasvirlanadi. ( ) ∑ = = n k i k i n ik q q q q q b T 1 , 2 1 , , , ( ) n ik q q q q b , , 2 1 koeffitsentlari n q q q , , 2 1 larning darajalari bo’yicha qatorga yoyib, ( ) ( ) n k i b q q q q b ik n ik , 2 , 1 , , , 2 1 = + = Bu yoyilmaning faqat ik b o’zgarmas xadlarini olib, quyidagiga ega bo’lamiz: ( ) n k i b b q q b T ki ik n k i k i ik ,..., 2 , 1 , , 1 , = = = ∑ = Kinetik energiya har doim musbat bo’lib, faqat 0 ... 2 1 = = = = n q q q dagina nolga aylanadi. SHuning uchun ∑ = = n k i k i ik q q b T 1 , - musbat aniqlangan kvadratik formadir. Sistemaning potentsial energiyasi ( ) n q q q q П , , 2 1 - umumlashgan koordinatalarning funktsiyasi bo’ladi. Umumiylikni buzmasdan 0 ) 0 ,..., 0 , 0 ( 0 = = П П deb olamiz. U holda potentsial energiyani n q q q , , 2 1 larning darajasi bo’yicha qatorga yoyib, quyidagini hosil qilamiz: ∑ ∑ − = + + = n i n k i k i ik i i q q a q a П 1 1 , ...... ma’lumki muvozanat holatda potentsial energiya statsionar qiymat qabul qiladi, u holda ) ,..., 2 , 1 ( , 0 0 n i q П a i i = = ∂ ∂ = Bundan n q q q , , 2 1 larga nisbatan ikkinchi tartibli bulgan xadlarni saqlab qolib, quyidagicha ega bo’lamiz: ( ) ∑ = = = = n k i ki ik k i ik n k i a a q q a П 1 , , , , 2 , 1 , , 201 SHunday qilib, П -potentsial Energiya va T- kinetik energiya quyidagi kavdratik formulalar bilan aniqlanadi: ∑ ∑ = = = = n k i n k i k i ik k i ik q q b T q q a П 1 , 1 , , , (7.101) Bu yerdagi ikkinchi kvadratik forma musbat aniqlangan. Endi xarakat differentsial tenglamalarini Lagranjning ikkinchi tur tenglamalari ko’rinishda yozamiz: ( ) n i q П q T q T dt d i i i , , 2 , 1 = ∂ ∂ − = ∂ ∂ − ∂ ∂ (7.102) Bu yerda T va П ning o’rniga ularni (7.101) dagi ifodasini qo’yib, quyidagini hosil qilamiz: ( ) ∑ ∑ = = = = + n k n k k ik k ik n i q a q b 1 1 , , 2 , 1 0 (7.103) Quyidagi simmetrik matritsalarni kiritib, ( ) ( ) ( ) n T n k i k i n k i ik q q q q b B a A , , , , , 2 1 1 , , 1 , = = = = (7.103) tenglamalar sistemasini quyidagicha yozamiz: 0 = + q A q B ( 7. 103 ′ ) (7.103) sistema yechimini quyidagi garmonik tebranishlar ko’rinishda izlaymiz: ( ) ( ) ( ) α ω α ω α ω + = + = + = t v q t v q t v q n n sin , , sin , sin 2 2 1 1 matritsani ko’rinishda ( ) α ω + = t v q sin (7.104) Bu yerda ( ) T n v v v v , , , 2 1 = -o’zgarmas ampletuda vektorlari, ω -chastata, α - boshlang’ich fazo. (7.104) ni ( 7. 103 ′ ) ga qo’yib, ( ) α ω + t sin ga qisqartirib quyidagini xosil qilamiz: ( ) 2 ω λ λ = = Bv v A Ammo bu kvadratik formalar singulyar dastasi xarakteristik tenglamasi dan kelib chiqadigan − − Bx x Ax x T T λ ( ) 0 = − B A λ ( ) n k z B z A k k k , , 2 , 1 = = λ 202 tenglamalar bilan ustma-ust tushadi. Demak, izlanayotgan amplituda vektori bosh vektor bo’lib, chastota kvadrati 2 ω λ = Bx x Ax x T T λ − formalar regulyar dastasining mos xarakteristik sonlari bo’ladi. ) ,...., , ( 2 1 n q q q П - potentsial energiya qa’tiy minimumga ega deb faraz qilamiz. U xolda Lajan-Drixle teoremasiga asosan sistemaning muvozanat xolati turg’un bo’ladi. Ikkinchi tomondan, Aq q П T = kvadratik forma musbat aniqlangan bo’ladi. Regulyar dastalar xaqidagi teoremaga asosan kvadratik formalarning regulyar dastasi Bx x Ax x T T λ − n ta xaqiqiy n λ λ λ ,..., , 2 1 xarakteristik sonlarga ega va bu n ta sonlarga mos ( ) [ ] T nk k k k n v v v v v v v ,... , ,..., , 2 1 2 1 = bosh vektorlarga ega bo’lib, ular quyidagi shartlarni qanoatlantiradi: ∑ = = = = n y k i k y i y k i n k i v v b Bv v T 1 , ) ,..., 2 , 1 , ( µ µ µ δ (7.105) Ax x T formaning musbat aniqlanganligidan, Bx x Ax x T T λ − dastaning barcha xarakteristik sonlari musbat ) ,..., 2 , 1 ( 0 n k k = > λ ekanligi kelib chiqadi. Ammo bu xolda ampletuda vektorlari ( ) ) ,..., 2 , 1 ( ,..., , 2 1 n k v v v v T nk k k k = = ortanormallashganlik shartini qanoatlantiruvchi quyidagi n ta garmonik tebranishlar mavjud bo’ladi. ) ,..., 2 , 1 , ( ) ( 2 n k t Sin v k k k k n = = + λ ω α ω (7.106) ( 7. 103 ′ ) ning chiziqli ekanligidan kelib chiqadiki, ixtiyoriy tebranish (7.106) garmonik tebranishlardan xosil qilinishi mumkin: ∑ = + = n k k k k k v t Sin A q 1 ) ( α ω (7.107) bu yerda, ) ,..., 2 , 1 ( , n k A k k = α - ixtiyoriy o’zgarmaslar. 203 (7.107) dan quyidagilarni topamiz: ∑ ∑ = = = = n k k k k k n k k k k v Cos A q v Sin A q 1 0 1 0 , α ω α (7.108) (7.107) yechimini quyidagicha yozish mumkin: ( ) ∑ = + = n k k i k k k i v t Sin A q 1 α ω (7.109) Berilgan mexanik sistema chastotalarini kamaymaydigan tartibda nomerlab chiqamiz, ya’ni n ω ω ω ≤ ≤ ≤ < ... 0 2 1 Bu bilan Bx x Ax x T T λ − dasta xarakteristik sonlari ) ,..., 2 , 1 ( 2 n k k k = = ω λ ning joylashishi aniqlanadi. n λ λ λ ≤ ≤ ≤ .... 2 1 Berilgan sistemaga h ta o’zaro bog’liq bo’lmagan chekli statsionar bog’lanishlarni qo’yamiz. n q q q , , 2 1 og’ishlarni kichik miqdorlar deb xisoblab, bu bog’lanishlarni n q q q , , 2 1 larga nisbatan chiziqli deb qarash mumkin : . 0 ) ( , ..... , 0 ) ( , 0 ) ( 2 1 = = = q L q L q L n Bu bog’lanishlar qo’yilgandan keyin qaralayotgan sistema n-h ta erkin -lik darajasiga ega bo’ladi. Bu sistemaning chastotasi 2 2 2 2 1 .... h n − ≤ ≤ ≤ ω ω ω h L L L , ... , , 2 1 bog’lanishli Bx x Ax x T T λ − dastaning 0 0 2 0 1 ... h n − ≤ ≤ ≤ λ λ λ xarakteristik sonlari bilan ( ) 2 0 0 j j ω λ = munosabat orqali bog’langan. SHuning uchun ) ,..., 2 , 1 ( 0 h n j h j j j − = ≤ ≤ + ω ω ω Shunday qilib, sistemaga h ta bog’lanishlarni qo’yganimizda uning chastotasi faqat ortishi mumkin, ammo yangi j- chastota 0 j ω miqdori eski j+L – chastota L j + ω miqdordan ortmaydi. Xuddi shuningdek aytishimiz mumkinki, sistema bikirligi ortganda, ya’ni Aq q T forma ortganda potentsial energiya uchun ( Bq q T - forma o’zgarmaganda) 204 chastota faqat ortishi mumkin, sistema inertsiyasi ortganda, ya’ni Bq q T forma ortganda esa kinetik energiya uchun ( Aq q T forma o’zgarmaganda) chastota faqat kamayishi mumkin. Download 1.62 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling