O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi andijon davlat universiteti
§3. Ko`mpleks simmetrik matritsalarning normal ko`rinishi
Download 1.62 Mb. Pdf ko'rish
|
Matritsa
- Bu sahifa navigatsiya:
- Natija2. 1.
- 4. Kompleks kososimmetkir matritsaning normal ko`rinishi. Teorema 2.6.
- Teorema 2.7.
- Teorema 2.8.
- Natija2.3.
§3. Ko`mpleks simmetrik matritsalarning normal ko`rinishi.
Teorema2. 5. Avvaldan berilgan ixtiyoriy elementar bo`luvchilarga ega bo`lgan kompleks simmetrik matritsa mavjud. Isboti. O`ng diogonalidan pastdagi elementlari birga teng, qolgan elementlari nolga teng bo`lgan − n tartibli H matritsani qaraymiz. matritsaga o`hshash bo`lgan S simmetrik matritsa mavjudligini isbotlaymiz: H 1 − = THT S (2.34) T -almashtiruvchi matritsani T T T T T H T S THT S 1 1 − − = = = shartdan kelib chiqib izlaymiz. Bu shartni quydagich yozish mumkin: , V H VH T = (2.35) bu yerda V -simmetrik matritsa bo`lib, T matritsa bilan iV T T T 2 − = (2.36) tenglik orqali bog`langan. H va T H F = matritsalarning xossalariga ko`ra, (2.35) matritsani tenglamaning ixtiyoriy V yechim quydagi ko`rinishga ega: , . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 . . . 0 0 1 1 0 1 0 0 − = n a a a a a a V (2.37) bu yerda 1 1 0 , . . . , , − n a a a -ixtiyoriy kompleks sonlar, Bizga bitta T almashtiruvchi matritsani izlash yetarli, shuning uchun bu formulaga 0 . . . , 1 1 1 0 = = = = − n a a a deb olib, V matritsani quydagicha aniqlaymiz: , 0 0 . . . 0 1 . . . . . . . . 0 1 . . . 0 0 1 0 . . . 0 0 = V (2.38) 47 Bundan tashqari − T almashtiruvchi matritsani simmetrik matritsa ko`rinishda izlaymiz: T T T = (2.39) U holda (36) tenglama T uchun quydagich yozamiz: iV T 2 2 − = (2.40) Endi T noma`lum matritsani V ning ko`phad ko`rinishda izlaymiz. E V = 2 bo`lgani uchun bunday ko`phad sifatida V E T β α + = birinchi darajali ko`phadni olish mumkin. (2.40) tenglamadan E V = 2 ekanligini xisobga olib, i 2 2 , 0 2 2 − = = + αβ β α ekanligini topamiz. Bu munosabatlardan i − = = β α , 1 ni aniqlaymiz. U holda iV E T − = (2.41) bo`ladi. T - xosmas simmetrik matritsa. Shu bilan birga (2.40) dan , 2 1 2 1 1 1 iVT T iV T = = − − yani ( ) iV E T + = − 2 1 1 (2.42) Shunday qilib, H matritsaning S -simmetrik ko`rinishi quydagicha aniqlanadi: ( )( ) , 2 1 1 iV E iV E THT S + − = = − 0 0 , . . . 0 1 . . . . . . . . 0 1 . . . 0 0 1 0 . . . 0 0 = V (2.43) S matritsa (2.35) tenglamani qanoatlantiradi va E V = 2 bo`lgani uchun (2.43) tenglikni quydagi ko`rinishda ham yozish mumkin: ( ) ( ) ( ) 0 0 . . 1 0 0 0 . . . 1 . . . . . . . . 1 0 . . . 0 0 1 . . . 0 0 1 . . . 0 0 1 0 . . . 0 0 . . . . . . . . 0 0 . . . 0 1 0 0 . . . 1 0 2 − − + = = − + + = − + + = i V H H i H H VH HV i H H S T T T (2.44) (2.44) formula H matritsani S simmetrik ko`rinishini aniqlaydi. 48 Agar − − n H tartibli matritsa bo`lsa, uni ( ) n H H = deb belgilaymiz. U holda mos S V T , , matritsalarni ( ) ( ) ( ) n n n S V T , , deb belgilaymiz. Quydagi ixtiyoriy elementar bo`luvchilar berilgan bo`lsin: ( ) ( ) ( ) , , . . . , , 2 2 1 1 i i P P P λ λ λ λ λ λ − − − (2.45) mos mordon matritsani tuzamiz: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) { } , , . . . , , 2 2 2 1 1 1 i P i P i P P P P H E H E H E J + + + = λ λ λ Xar bir ( ) j P H matritsa uchun mos ( ) j P S simmetrik formani kiritamiz. ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] i j T H T S j j j j P P P P , . . . , 2 , 1 , 1 = = − dan ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] 1 − + = + j j j j j j P P P j P P P j T H E T S E λ λ Shuning uchun ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) { } i P i P i P P P P S E S E S E S + + + = λ λ λ , . . . , , 2 2 2 1 1 1 (2.46) ( ) ( ) ( ) { } i P P P T T T T , . . . , , 2 1 = (2.47) deb olib, 1 − = TJT S ga ega bo`lamiz. J S − ordon matritsasining simmetrik ko`rinishi , S matritsa J matritsaga o`hshash va (2.46) elementar bo`luvchilarga ega. Natija2. 1. Ixtiyoriy − = = n k i ik a A 1 , kvadrat kompleks matritsa simmetrik matritsaga o`xshash. Natija 2.2. Ixtiyoriy − = = n k i ik s S 1 , kompleks simmetrik matritsa S normal ko`rinishga ega bo`lgan simmetrik matritsa ortogonal –o`xshash, yani shunday O -ortogonal matritsa mavjudki unda quydagi tenglik o`rinli. . 1 − = O S O S (2.48) Kompleks simmetrik matritsaning normal ko`rinishi quydagacha kvazidogonal ko`rinishga ega: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) { } i P i P i P P P P S E S E S E S + + + = λ λ λ , . . . , , 2 2 2 1 1 1 (2.49) 49 bu yerda ( ) p S kataklar quydagicha aniqlanadi: ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] 0 0 . . . 1 0 0 0 . . . 0 1 . . . . . . . . 1 0 . . . 0 0 0 1 . . . 0 0 0 1 . . . 0 0 1 0 . . . 0 0 . . . . . . . . 0 0 . . . 0 1 0 0 . . . 1 0 2 − − + = − + + = + − = i V H H i H H iV E H iV E S P P P P P P P P P P P T T (2.50) §4. Kompleks kososimmetkir matritsaning normal ko`rinishi. Teorema 2.6. Kososimmetrik matritsa xar doim juft rang bo`lsin. U holda K matritsa satirlari orasida r ta chiziqli bog`liq bo`lganlari r i i i , . . . , , 2 1 mavjud bo`lib, qolgan satrlar bu satrlarning chiziqli kombinatsiyasidan iborat bo`ladi. Shuningdek K matritsaning mos satirlaridan xosil qilingan ustunlari, agaroxirgi elementlarni 1 − ga ko`paytirsak, u holda K matritsaning ixtiyoriy ustuni r i i i , . . . , , 2 1 nomerli ustunlarning chiziqli kombinatsiyasidan iborat bo`ladi. Shuning uchun r - tartibli ixtiyoriy minor quydagi ko`rinishda tasvirlanishi mumkin. , , . . . , , , . . . , , , , 3 2 1 3 2 1 r r i i i i i i i i LK bu yerda − L son. Bundan 0 , . . . , , , . . . , , 2 1 2 1 ≠ r r i i i i i i K ekanligi kelib chiqadi. Ammo kososimmetrik toq tartibli aniqlavchi doimo nolga teng. Demak r -juft son. Teorema 2.7. 1.Agar K λ matritsaning xarakteristik son bo`lib, ( ) ( ) ( ) t l l l 0 2 0 1 0 , . . . , , λ λ λ λ λ λ − − − lar unga mos elementar bo`luvchilar bo`lsa, u holda 0 λ − ham K matritsaning xarakteristik soni bo`lib, ( ) ( ) ( ) t l l l 0 2 0 1 0 , . . . , , λ λ λ λ λ λ + + + 50 lar unga mos elementar bo`luvchilar bo`ladi. 2. Agar nol soni − K kososimmetrik matritsaning xarakteristik son bo`lib, u holda K matritsa elementar bo`luvchilari sistemasida nol xarakteristik songa mos juft darajali elementar bo`luvchilar juft son marta takrorlanadi. Isboti. 1. T K va K matritsalar bir xil elementar bo`luvchilariga ega. Ammo K K K T , − = ning elementar bo`luvchilari . . . , , 2 1 λ λ larni . . . , , 2 1 λ λ − − larga almashtirib xosil qilinadi. 2. K matritsaning nol xarakteristik soniga λ ko`rinishdagi elementar bo`luvchilari 1 b ta, 2 λ ko`rinishdagilari 2 b ta, va xakozo bo`lsin. Umuman r b barcha p λ ko`rinishdagi elementar bo`luvchilarni belgilaymiz. , . . . , , 4 2 b b larni juft son ekanini isbotlaymiz. K matritsaning d defekti nol xarakteristik sonlarga mos keluvchi, chiziqli bog`lanmagan xos vektorlar soniga teng, ya`ni . . . , , 2 λ λ ko`rinishdagi elementan bo`luvchilar soniga teng. Shuning uchun . . . 2 1 + + = δ δ d (2.51) Teorma 2.6 ga asosan K matritsa rangi juft son bo`lib, , r n d − = u holda d son n soni qanday juftlikka ega bo`lsa, xuddi shu juftlikka ega. Shunday tasdiqni . . . , , 5 3 K K matritsalarning . . . , , 5 3 d d defektlariga nisbatan ham aytish mumkin, chunki kososimmetrik matritsaning toq darajalari yana kososimmetrik matritsa bo`ladi. Shuning uchun . . . , , , 5 3 1 d d d d = lar bir xil juftlikka ega. Ikkinchi tomondan K matritsani m darajaga ko`targanda bu matritsaning xar bir p λ elementar bo`luvchisi p m p > da esa m ta elementar bo`luvchilarga yoyiladi. Shuning uchun . . . , , 3 K K matritsaning λ ning darajalari bo`lgan elementar bo`luvchilari soni quyidagi formulalar bilan aniqlanadi: 51 ( ) ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . 5 4 3 2 , . . . 3 2 6 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 3 + + + + + + = + + + + = δ δ δ δ δ δ δ δ δ δ d b d (2.52) (2.51) ni (2.52) bilan birga qarab, barch . . . , , , 5 3 1 d d d d = sonlar bir xil juftlikka egaligidan, , . . . , , 4 2 δ δ lar juft sonlar deb xulosa qilamiz. Teorema 2.8. Teorema 2.7. dagi 1. va 2. cheklashlarni qanoatlantiruvchi ixtiyoriy berilgan elementar bo`luvchilarga ega bo`lgan kososimmetrik matritsa mavjud. Isboti. Avval ikkita ( ) P 0 λ λ + va elementar bo`luvchilarga ega bo`lgan 2p tartibli. ( ) { } ( ) ( ) , , , , 0 0 0 p p pp H H E E H E H E J = = − − + = λ λ λ (2.53) Kvazidiogonal matritsa uchun kososimmetrik matritsani topamiz. Buning uchun shunday T almashtirish matritsasini izlaymizki, unda ( ) 1 0 − T J T pp λ matritsa kososimmetrik, ya`ni ( ) ( ) [ ] 0 0 1 1 0 = + − − T T pp T pp T J T T J T λ λ yoki ( ) ( ) [ ] 0 0 0 = + W J J W T pp pp λ λ (2.54) tenglik o`rinli bo`lib, − W kososimmetrik matritsa T matritsa bilan iW T T T 2 = (2.55) tenglik orqali bog`langan. W matritsani xar biri − p tartibli bo`lgan to`rtta kvadratik blokka ajratamiz: = 22 21 12 11 W W W W W U holda (2.54) ni quydagicha tasvirlash mumkin 0 0 0 0 0 22 21 12 11 0 0 0 0 22 21 12 11 = − − + + − − + W W W W H E H E H E H E W W W W T T λ λ λ λ (2.56) 52 (2.56) matritsani tenglamaning chap tomonidagi blok matritsalar ustidagi amallarni bajarib, quydagi to`rtta matritsani tenglamalar sistemasini xosil qilamiz: ( ) ( ) 0 2 , 0 , 0 , 0 2 0 22 22 21 21 12 12 0 11 11 = + + = − = − = + + H E W W H H W W H H W W H H E W W H T T T T λ λ (2.57) Malumki, agar A va B matritsalar umumiy xarakterstik sonlarga ega bo`lmasa 0 = − XB AX tenglama faqat 0 = X yechimga ega. Shunung uchun (2.57) ning 1- va 4- tenglamalaridan 0 22 11 = = W W kelib chiqadi. (2.57) ning 2- va 3- tenglamalari ustida teorema 2.5 ning isbotidagidek muloxaza yuritib, 0 0 . . . 1 . . . . . . 0 1 . . . 0 1 0 . . . 0 12 = = V W (2.58) ni aniqlaymiz. W ning simmetrik matritsa ekanligidan V W W = = 12 21 ekanligi kelib chiqadi. Shunday qilib, ( ) p V V V W 2 0 0 = = (2.59) Ammo §3 da ko`rsatilganidek (2.55) tenglama qanoatlantiradi, agarda ( ) ( ) , 2 2 p p iV E T − = (2.60) bo`lsa. Bundan ( ) ( ) ( ) p p iV E T 2 2 1 2 1 + = − (2.61) Demak, izlanayotgan kososimmetrik matritsa quydagi formula bilan topiladi: 53 ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] pp p p pp pp pp p p pp p p pp J V V J i J J iV E J iV E K T 0 2 2 0 0 0 2 2 0 2 2 0 2 1 2 1 λ λ λ λ λ λ − + − = = + − = (2.62) ( ) pp J 0 λ va ( ) p V 2 larning o`rniga (2.53) va (2.59) dagi mos blok matritsalarni qo`yib, quydagini topamiz: ( ) ( ) ( ) − + + − + + − = = − − − + + + − − = H H VH HV V i VH HV V i H H V V E H H E H H i H H H H K T T T T T T pp 0 0 0 2 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 λ λ λ λ λ (2.63) ya`ni ( ) . 0 1 ... 0 0 . 0 0 ... 2 1 . ... 0 0 . 0 0 ... . ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 0 . ... 0 1 . 2 ... . 0 0 . ... 1 0 . 2 ... . 0 ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 0 0 ... 2 . 0 1 ... 0 0 0 0 ... 0 . 1 0 ... 0 0 ... ... ... . ... . ... ... ... ... ... 2 ... 0 0 . 0 0 ... 0 1 2 ... 0 0 . 0 0 ... 1 0 2 1 0 0 0 0 0 0 0 i i i i i i i i K pp − − − − − − − − − − − = λ λ λ λ λ λ λ (2.64) Endi q λ bitta elementar bo`luvchiga ega bo`lgan − q tartibli ( ) q K kososimmetrik matritsani quramiz, bu yerda − q toq son. Izlanayotgan kososimmetrik matritsa quydagi matritsaga o`xshash bo`ladi. ( ) 0 0 ... 0 0 0 1 0 ... 0 0 0 0 1 ... 0 0 0 ... ... ... ... ... ... 0 0 ... 1 0 0 0 0 ... 0 1 0 − − = q J (2.65) ( ) ( ) 1 − = T TJ K q q (2.66) deb olib, kososimmetrik shartidan quydagini topamiz: 54 ( ) ( ) , 0 1 1 = + W J J W q q (2.67) bu yerda 1 2iW T T T = (2.68) Bevosita tekshirib ko`rib, ishonch xosil qilish mumkin, ( ) 0 0 ... 1 ... ... ... ... 0 1 ... 0 1 0 ... 0 1 = = q V W matritsa (2.67) tenglamani qanoatlantiradi. 1 W ni bunday tanlab, (2.68) dan quydagini topamiz: ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] q q q q iV E T iV E T + = − = − 2 1 , 1 (2.69) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) q q q q q q q q q q q V J J i J J iV E J iV E K T T + + − = + − 2 (2.70) mos xisoblashlarni bajarib, quydagini topamiz: ( ) 0 . . . 1 0 0 . . . 0 1 . . . . . 1 0 . . . 0 0 1 . . . 0 0 1 . . . 0 1 0 . . . 0 . . . . . 0 . . . 0 1 0 . . . 1 0 2 − − + − − − = i K q (2.71) Teorema 2.7 dagi shartlarni qanoatlantiruvchi ixtiyoriy elementar bo`luvchilar. ( ) ( ) sonlar toq q q q v k u j v q p j p j k j j − = = + − , . . . , , , , . . . , 2 , 1 , , . . . , 2 , 1 , , 2 1 λ λ λ λ λ (2.72) berilgan bo`lsin. U holda kvazidiogonal kososimmetrik matritsa. ( ) ( ) ( ) ( ) { } v i i i q q p p p p K K K K K , . . . , , , . . . , ~ 1 1 1 1 λ λ = (2.73) 55 bo`ladi. Natija2.3. Ixtiyoriy kompleks kososimmetrik K matritsa (2.64), (2.71), (2.73) formulalar bilan aniqlangan K ~ normal formaga ega bo`lgan kososimmetrik matritsa ortogonal-o`xshashdir, ya`ni shunday kompleks ortogonal O matritsa mavjudki, unda 1 ~ − = O K O K (2.74) Eslatma. Agar − K xaqiqiy kososimmetrik matritsa bo`lsa, u holda quydagi chiziqli elementar bo`luvchilarga ega: , , . . . , , , , . . . , , 1 1 ta v u u i i i i λ λ ϕ λ ϕ λ ϕ λ ϕ λ − + − + − j ϕ xaqiqiy sonlar. Bu holda (2.73) da 1 , 1 = = k q p j deb olib, xaqiqiy kososimmetrik matritsa normal ko`rinishni hosil qiladi: − − = 0 , . . . , 0 , 0 0 , . . . , 0 0 ~ 1 1 i i K ϕ ϕ ϕ ϕ 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