O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi andijon davlat universiteti
§3. Singulyar dastalar. Keltirish xaqida teorema
Download 1.62 Mb. Pdf ko'rish
|
Matritsa
- Bu sahifa navigatsiya:
- Teorema 3.4.
- 4. Matritsalar singulyar dastasining kanonik formasi.
§3. Singulyar dastalar. Keltirish xaqida teorema.
n m × o`lchovli − + B A λ matritsalarning singulyar dastasini qaraylik. r bilan dastaning rangini, ya`ni aynan nolga teng bo`lmagan minorlarning eng yuqori tartibini belgilaymiz. Dastaning singulyarligidan kelib chiqadiki, xar doim n r < yoki m r < bo`ladi. n r < bo`lsin, u holda − − + λ λ B A matritsaning ustunlari chiziqli bog`langan bo`ladi, ya`ni ( ) , 0 = + X B A λ (3.7) bu yerda − x izlanayotgan ustun, tenglama nolmas yechimga ega. Bu tenglamaning xar bir nolmas yechimi − − + λ λ B A matritsaning ustunlari orasidagi qandaydir chiziqli bog`lanishni ifodalaydi. Biz (3.7) tenglamani faqat λ ning ko`pxadlari bo`ladigan. ( ) λ x yechimlarni qarash bilan chegaralanamiz. Bunday yechimlar ichidan eng kichik ε darajalisini olamiz. ( ) ( ) ( ) 0 1 . . . 2 2 1 0 ≠ − + − + − = ε ε ε ε λ λ λ λ x x x x x x (3.8) Bu yechimni (3.7) tenglamaga qo`yib, λ darajaning oldidagi koeffitsentlarni nolga tenglab, quydagilarni xosil qilamiz: , 0 , 0 , . . . , 0 , 0 , 1 2 1 1 0 0 = = − = − = − − ε ε ε Bx Ax Bx Ax Bx Ax Bx Ax (3.9) Bu tengliklar sistemasini ( ) ε ε x x x x 1 , . . . , , , 2 1 0 − − ustun elementlariga nisbatan chiziqli birjinsli tenglamalar sistemasi sifatida qarab, shunday xulosaga kelamizki, bu sistema koyffitsiyentlaridan tuzilgan quyidagi matritsa. [ ] 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + = + = ε λ ε ε B O O A O O O B O O A B O O A B A M M (3.10) ( ) n 1 + < ε ρ ε rangga ega. Shu bilan birga ε sonining minimallik xossasiga ko`ra quyidagi matritsalarning 67 ε ε B O O A O O O A B O O A M B O A B O A M B A M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . , , 1 1 0 = = = − (3.10`) 1 1 , . . . , − ε ρ ρ ranglar uchun quyidagi tengliklar o`rinli. . , . . . , 2 , 1 1 0 n n n ε ρ ρ ρ ε = = = − Shunday qilib, ε son ( ) n k k 1 + ≤ ρ munosabatni qanoatlantiruvchi K indeksning eng kichik qiymati. Teorema 3.4. Agar (3.7) tenglama 0 > ε minimal darajali yechimga ega bo`lsa, u holda berilgan B A λ + dasta quyidagi dastaga qa`tiy ekvivalent boladi. B A L ˆ ˆ 0 0 λ ε + (3.11) bu yerda ε ε λ λ λ ε 1 1 . . . 0 0 0 . . . . . . 0 0 . . . 1 0 0 0 . . . 0 1 + = L (3.12) − + B A λ matritsalarning shunday dastasiki, unga mos (3.7)ga o`hshash tenglama ε dan kichik darajali yechimga ega emas. Isboti. Teoremaning isbotini quyidagi uch bosqichda amalga oshiramiz. 1. Berilgan B A λ + dastani quyidagi B A F D L 0 λ λ ε + + (3.13) dastaga qa`tiy ekvivalentligini ko`rsatamiz bu yerda − , ˆ , ˆ , , B A F D mos o`lchovli to`g`ri to`rtburchakli o`zgarmas matritsalar. 2. ( ) 0 ˆ ˆ = + x B A λ tenglama ε dan kichik darajali yechimga ega emasligini ko`rsatamiz. 68 3. (3.13) dastani (3.11) kvazidiogonal ko`rinishga keltirish mumkin ekanligini ko`rsatamiz. 1. Isbotning birinchi qismini geometrik shakilda amalga oshiramiz. Buning uchun B A λ + -matritsalar dastasi o`rniga n R fazoni m R fazoga akslantiruvchi B A λ + operatorlar dastasini qaraymiz va bu fazolarning tanlangan bazislarida B A λ + operator (3.13) formaga egaligini ko`rsatamiz. (3.7) tenglama o`rniga quyidagi vektor tenglamani ( ) 0 = + x B A λ (3.14) va vektor yechimni ( ) ( ) ε ε ε λ λ λ λ x x x x x 1 . . . 2 2 1 1 0 − + − + − = (3.15) olamiz. Bu holda (3.9) tengliklar quyidagi vektor tengliklar bilan almashadi. 0 , , . . . , , , 0 1 1 2 0 1 0 = = = = = − ε ε ε x B x B x A x B x A x B x A x A (3.16) Quyidagi vektorlarni chiziqli bog`liqmasligini isbotlaymiz: ε x A x A x A , . . . , , 2 1 (3.17) Bundan, ε x x x , . . . , , 1 0 (3.18) vektorlarni chiziqli bog`liqmasligi kelib chiqadi. Xaqiqatan, 0 0 = x A 0 . . . 1 1 0 0 = + + + ε ε x a x a x a tenglikdan 0 . . . 1 1 0 0 = + + + ε ε x A a x A a x A a tenglikni xosil qilamiz. (3.17) vektorlarni chiziqlik bog`liq emasligidan 0 . . . 1 1 = = = = ε a a a kelib chiqadi. Ammo , 0 0 ≠ x chunki, aks xolda ( ) λ λ x 1 (3.14) tenglamani 1 − ε darajali yechimi bo`lib qoladi, bu bo`lishi mumkin emas( ε ni minimal darajali ekanligiga zid). Shuning uchun . 0 0 = a Agar mos ravishda 𝑅𝑅 𝑚𝑚 va 𝑅𝑅 𝑛𝑛 da yangi bazislar uchun, (13.17) va (3.18) vektorlarni birinchi bazis vektorlar deb qabul qilsak, u holda 69 (3.16) ga ko`ra yangi bazisda A va B operatorlarga quyidagi matritsalar mos keladi. * ... * ... ... ... * ... * * ... * ... ... ... * ... * * ... * 0 ... 0 0 0 ... ... ... ... ... 0 ... 0 0 0 1 ... 0 0 0 ... ... ... ... ... 0 ... 1 0 0 0 ... 0 1 0 ~ 1 + = ε A * ... * ... ... ... * ... * * ... * ... ... ... * ... * * ... * 0 0 ... 0 0 ... ... ... ... ... 1 0 ... 0 0 0 1 ... 0 0 ... ... ... ... ... 0 0 ... 1 0 0 0 ... 0 1 ~ 1 + = ε B u holda − + λ λ B A ~ ~ matritsa (3.13) ko`rinishga ega bo`ladi. Barcha avvalgi muxokamalar asoslangan bo`ladi, agarda biz (3.17) vektorlarni chiziqli bog’liq emasligini ko’rsata olsak. Teskarisini faraz qilamiz, ya’ni ( ) − ≥ 1 h x A h (3.17) qatordagi ozidan avvalgi vektorlar orqali chiziqli ifodalangan birinchi vektor bo’lsin, 1 2 1 1 2 1 . . . x A x A x A x A h h h h − + + + = − − α α α (3.16) ga ko’ra bu tenglikni quyidagicha yozishimiz mumkin: , . . . 0 3 2 2 1 1 1 x B x B x B x B h h h h − + + + = − − − λ α α ya’ni 0 * 1 = − h x B bu yerda , . . . 0 1 3 2 2 1 1 1 * x x x x x h h h h h − − − − − − − − − = α α α yana (3.16) ga ko’ra ( ) , . . . * * 2 0 2 2 1 2 1 − − − − − = − − − = h h h h h x B x x x B x A α α bu yerda , . . . 0 2 2 1 2 2 * x x x x h h h h − − − − − − − = α α Bu jarayonni davom ettirib, quydagi vektorlarni xosil qilamiz: 0 0 0 1 1 1 0 3 3 1 3 3 * * * , , . . . , . . . x x x x x x x x x h h h h = − = − − − = − − − − α α α Natijada quydagi tengliklar hosil bo`ladi: 70 0 , , , . . . , , 0 * * * * * * 0 1 1 2 1 1 = = = = − − − x A x B x A x B x A x B h h h (3.19) (3.19) dan kelib chiqadiki, ( ) ( ) ≠ = − + + − = − − 0 1 . . 0 0 1 1 1 0 * * * * * x x x x x x h h λ λ (3.14) tenglamani ε < −1 h darajadan ortmaydigan nolmas yechimi bo`lib, qarama-qarshilikka kelamiz. Shunday qilib (3.17) vektorlar chiziqli bo`liq emas. 2. Endi ( ) 0 ˆ ˆ ˆ = + x B A λ tenglamani ε dan kichik darajali yechimga ega emasligini isbotlaymiz. Avval etiborimizni 0 = y L ε tenglama (3.7) tenglama kabi eng kichik darajali nolmas yechimga ega ekanligiga qaratamiz. Bunga 0 = y L ε tenglamani , 0 , . . . , 0 , 0 1 3 2 2 1 = + = + = + + ε ε λ λ λ y y y y y y ( ) ( ) 1 , . . . , 2 , 1 , 1 , , . . . , , 1 1 1 1 2 1 + = − = = − − + ε λ ε k y y y y y y k k k T oddiy tenglamalar sistemasi bilan almashtirib ishonch xosil qilishimiz mumkin. Ikkinchi tomondan, agar dasta (3.13) ,,uchburchak’’ ko`rinishga ega bo`lsa, u holda bu dastaga mos keluvchi ( ) ε . . . , 2 , 1 = k M k matritsalar ham satr va ustunlarini kerakli almashtirishlardan so`ng quydagi uchburchak ko`rinishga keltirilishi mumkin: [ ] [ ] [ ] B A M O F D M L M k k k ˆ ˆ λ λ ε + + (3.20) 1 − = ε k da bu matritsaning barcha ustunlari, jumladan [ ] ε ε L M 1 − matritsaning ustunlari chiziqli bog`liq emas. Ammo [ ] ( ) 1 1 + − − ε ε ε ε L M tartibli kvadrat matritsa. Shuning uchun [ ] B A M ˆ ˆ 1 λ ε + − matritsaning ham barcha ustunlari chiziq`li bog`liq emas bo`lib, ( ) 0 ˆ ˆ ˆ = + x B A λ tenglama ε dan kichik darajali yechimga ega bo`lmaydi. 3. (3.13) dastani unga qat’iy ekvivalent bo’lgan quyidagi dasta bilan almashtiramiz: 71 ( ) B A O X L B A Y F D L E O X E B A O F D L E O Y E ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ 4 3 2 1 λ λ λ λ λ ε ε ε + − + + + = − + + (3.21) bu yerda 4 3 2 1 , , , E E E E mos ravishda 1 , 1 , , − − + − ε ε ε ε n m tartibli birlik kvadrat matritsalar, − Y X , mos o`lchovli, ixtiyori to`g`ri to`rtburchakli matritsalar. Teorema to`la isbotlangan bo`ladi, agarda X va Y matritsalarni ( ) B A Y F D X L ˆ ˆ λ λ ε + + + = (3.22) matritsali tenglikni qanoatlantiradigan qilib tanlash mumkin ekanligini ko`rsata olsak. X F D , , matritsalar elementlari uchun, shundek Y matritsa satirlar va B A ˆ , ˆ matritsalar ustunlari uchun quyidagicha belgilashlar kiritamiz: , 1 , 1 , 1 , 1 , , 1 , , , + = − − = = = = = ε ε ε j n k i x X f F d D jk ik ik ( ) ( ) ( ) 1 2 1 1 2 1 2 1 , . . . , , ˆ , , . . . , , ˆ , , . . . , , − − − − = = ε ε ε n n T b b b B a a a A y y y Y U holda (3.22) matritsali tenglamani quyidagi skalyar tenglamalar sistemasi bilan almashtirish mumkin: 1 . . . , 2 , 1 . . . . . . . . . . . . . . . . , 1 3 3 3 3 3 4 2 2 2 2 2 3 1 1 1 1 1 2 − − = + + + = + + + + = − + + + = − + + + = − + ε λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ ε ε ε ε ε ε n k v y a y f d x x v y a y f d x x v y a y f d x x v y a y f d x x k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k (3.23) Bu tengliklarning chap tomonida λ ga nisbatan chiziqli ikkixadlar turibdi. Bu birinchi 1 − ε ta ikkixadning ozod xadi keyingi ikkixaddagi λ oldidagi koyfitsientga teng. U holda tengliklarning o`ng tomoni ham shu shartni qanoatlantirishi kerak. Shuning uchun quyidagi tengliklar o’rinli bo’lishi kerak: 1 , . . . , 2 , 1 . . . . . . . . . . . . . , , , 1 1 2 3 3 2 1 2 2 1 − − = − = − − = − − = − − − ε ε ε ε ε n k d f v y a y d f v y a y d f v y a y k k k k k k k k k k k k (3.24) 72 Agar (3.24) tengliklar o’rinli bo’lsa , u holda (3.23) dan X matritsaning elementlarini aniqlash mumkin bo`ladi. Endi (3.24) Y matritsaning elementlariga nisbatan tenglamalar sistemasi, ixtiyoriy ik d va ik f ( ) 1 , . . . , 2 , 1 , . . . , 2 , 1 − − = = ε ε n k i da har doim yechimga ega ekanligini ko`rsatish qoldi. Xaqiqatan, . . . , , , 4 3 2 1 y y y y − − noma’lum elementlar oldidagi koeffitsentlardan tuzilgan matritsa transponirlangandan so’ng , quyidagi korinishda yozilishi mumkin. 1 ˆ . . . ˆ . . . . . . . . . . . ˆ . . . ˆ ˆ . . . ˆ − ε B O O A O O O B O O A B O O A Ammo bu matritsa − + B A ˆ ˆ λ to`gri to`rtburchak matritsalar dastasi uchun 2 − ε M matritsadan iborat bo`lib, uning rangi ( )( ) 1 1 − − − ε ε n ga teng, chunki isbotlanganiga ko`ra ( ) 0 ˆ ˆ = + x B A λ tenglama ε dan kichik darajali yechimga ega emas. Shunday qilib, (3.24) tenglamalar sistemasining rangi tenglamalar soniga teng, bunday sistema ixtiyoriy ozod xadlarda birgalashgan bo`ladi. Teorema to`la isbotlandi. §4. Matritsalar singulyar dastasining kanonik formasi. Matritsaning n m × o`lchovli singulyar dastasi B A λ + berilgan bo`lsin. Avval bu dastani ustunlari va satirlari orasida o’zgarmas koyffisentli chiziqli bog’langanlari yo’q deb faraz qilamiz. Dastaning rangi n r < bo`lsin, ya`ni B A λ + dastaning ustunlari chiziqli bog’langan bo’lsin. Bu holda ( ) 0 = + x B A λ tenglama 1 ε minimal darajali nolmas yechimga ega bo’ladi. U holda 73 teorema 3.4 ga asosan berilgan dastani quyidagi ko`rinishga keltirish mumkin: , 1 1 1 + B A O O L λ ε bu yerda ( ) ( ) 0 1 1 1 = + x B A λ tenglama 1 ε da kichik darajali yechimga ega emas. Agar tenglama 2 ε minimal darajali nolmas yechimga ega bo`lsa, u holda 1 1 B A λ + dastaga teorema 3.4 ni qo’llab berilgan dastani + 2 2 2 1 B A O O O L O O O L λ ε ε ko`rinishga keltiramiz. Bu jarayonni davom ettirib, berilgan dastani quyidagicha kvazidioganal ko`rinishga keltiramiz: p p p B A O o O L O O L O O O L λ ε ε ε + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 (3.25) bu yerda ( ) ( ) 0 . . . 0 2 1 = + ≤ ≤ ≤ < p p p p x B A λ ε ε ε tenglama esa nolmas yechimga ega emas, ya`ni p p B A λ + matritsaning ustunlari chiziqli bog`lanmagan. Agar p p B A λ + dastaning satrlari chiziqli bog`langan bo`lsa, u holda transponirlangan T p T p B A λ + dasta (3.25) ko`rinishga keltirilishi mumkin bo`lib, p ε ε ε , . . . , , 2 1 sonlar o`rniga p r r ≤ ≤ ≤ < . . . 0 2 1 sonlar olinadi. Ammo bu holda berilgan B A λ + dasta quyidagicha kvazidioganal ko`rinishga almashtiriladi. 74 0 0 . . . . . . 2 1 2 1 B A L L L L L L q p λ η η η ε ε ε + (3.26) bu yerda 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 dastaning satrlari ham, ustunlari ham chiziqli bog`lanmagan, ya`ni 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 regulyar dasta bo`ladi. Endi umumiy holni qaraymiz, ya`ni berilgan dastaning satrlari va ustunlari o`zgarmas koyffitsientli chiziqli bog`lanish bilan bog`langan bo`lishi mumkin. (𝐴𝐴 + 𝜆𝜆𝐵𝐵)𝑥𝑥 = 0 𝑣𝑣𝑣𝑣 (𝐴𝐴 𝑇𝑇 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 𝑇𝑇 )𝑦𝑦 = 0 Tenglamalar o`zgarmas bog`lanmagan yechimlari maksimal sonini mos ravishda g va h bilan belgilaymiz. Bu tenglamalarning birinchisi o`rniga teorema 3.4 ning isbotidagidek �𝐴𝐴 + 𝜆𝜆𝐵𝐵�𝑥𝑥 = 0 vektor tenglamani qaraymiz. Bu yerda 𝐴𝐴 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝐵𝐵 lar 𝑅𝑅 𝑛𝑛 fazoni 𝑅𝑅 𝑚𝑚 fazoga akslantiruvchi operatorlar. Bu tenglamaning chiziqli bog`lanmagan o`zgarmas yechimlarini 𝑒𝑒 1 , 𝑒𝑒 2 , … , 𝑒𝑒 𝑔𝑔 orqali belgilab, ularni 𝑅𝑅 𝑛𝑛 fazoning birinchi bazis vektorlari deb qabul qilamiz. U holda mos 𝐴𝐴̃ + 𝜆𝜆𝐵𝐵� matritsadagi birinchi g ta ustunda nollar turadi. 𝐴𝐴̃ + 𝜆𝜆𝐵𝐵� = � 0 � 𝑔𝑔 𝑡𝑡𝑣𝑣 , 𝐴𝐴̃ + 𝜆𝜆𝐵𝐵�� . (3.27) Xuddi shundek 𝐴𝐴 � 1 + 𝜆𝜆𝐵𝐵� 1 dasta ham birinchi h ta satrni nolli qilish mumkin. U holda berilgan dasta quyidagi ko`rinishni oladi: 75 { 0 0 0 0 0 B A ta h ta g λ + , (3.28) bu yerda 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 dastaning satr va ustunlari o`zgarmas koyffitsientli chiziqli bog`lanish bilan bog`lanmagan. 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 dastaga (3.26) ko`rinishdagi tasvirlashni qo`llash mumkin. Sunday qilib, eng umumiy holda A +𝜆𝜆𝐵𝐵 dasta har doim quyidagi kanonik kvazidioganal ko`rinishga keltirilishi mumkin. �ℎ 𝑡𝑡𝑣𝑣 � 0 � 𝑔𝑔 𝑡𝑡𝑣𝑣 , 𝐿𝐿 𝜀𝜀 𝑔𝑔+1 , … , 𝐿𝐿 𝜀𝜀 𝑝𝑝 , 𝐿𝐿 𝜂𝜂 ℎ+1 𝑇𝑇 , … , 𝐿𝐿 𝜂𝜂 𝑔𝑔 𝑇𝑇 , 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 �� (3.29) (3.29) dagi 𝐴𝐴 0 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 0 regulya dastani uning (3.6) kanonik ko`rinish bilan almashtirib, quydagi kvazidiogonal matritsani xosil qilamiz: ( ) ( ) + + + E J N N L L L L O h s g h ta u u T T p g g ta λ η η ε ε , , ... , , , ... , , , . . . , , 1 1 1 (3.30) bu yerda J matritsa Jordon yoki oddiy normal formada, 𝑁𝑁 (𝑢𝑢) = 𝐸𝐸 (𝑢𝑢) + 𝜆𝜆𝐻𝐻 (𝑢𝑢) . (3.30) matritsa 𝐴𝐴 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 dastaning eng umumiy xoldagi kanonik fo`rmasini ifodalaydi. 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