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:
- Teorema 3.5.
- §6. Kvadratik formalarining singulyar dastasi.
- Teorema 3.6.
- Teorema 3.7.
§5. Dastaning minimal indeksi.
Dastalarning qat’iy ekvivalentlik kriteryasi. To`g`ri to`rtburchakli matritsalarning 𝐴𝐴 + 𝜆𝜆𝐵𝐵 singulyar dastasi berilgan bo`lsin. U holda ( 𝐴𝐴 + 𝜆𝜆𝐵𝐵)𝑥𝑥 =0 (3.31) tenglamaning yechimi bo`lgan k ta ko`pxadli ustun 𝑥𝑥 1 (𝜆𝜆), 𝑥𝑥 2 (𝜆𝜆), … , 𝑥𝑥 𝑘𝑘 (𝜆𝜆) chiziqli bog`liq bo`ladi, agarda bu ustunlardan tashkil topgan 76 𝑋𝑋 = [𝑥𝑥 1 (𝜆𝜆), 𝑥𝑥 2 (𝜆𝜆), … , 𝑥𝑥 𝑘𝑘 (𝜆𝜆) ] ko`pxadli matritsaning rangi k dan kichik bo`lsa. Bu holda k ta bir vaqtda nolga teng bo`lmagan 𝑝𝑝 1 (𝜆𝜆), 𝑝𝑝 2 (𝜆𝜆), … , 𝑝𝑝 𝑘𝑘 (𝜆𝜆) ko`pxadlar mavjud bo`lib, ular uchun 𝑝𝑝 1 (𝜆𝜆)𝑥𝑥 1 (𝜆𝜆) + 𝑝𝑝 2 (𝜆𝜆)𝑥𝑥 2 (𝜆𝜆) + … + 𝑝𝑝 𝑘𝑘 (𝜆𝜆)𝑥𝑥 𝑘𝑘 (𝜆𝜆) 0 ≡ tenglik o`rinli bo`ladi. Agar X matritsaning rangi k ga teng bo`lsa, u holda bunday bog`lanishlar mavjud emas va 𝑥𝑥 1 (𝜆𝜆), 𝑥𝑥 2 (𝜆𝜆), … , 𝑥𝑥 𝑘𝑘 (𝜆𝜆) yechim chiziqli bog`lanmagan bo`ladi. (3.31) tenglamaning barcha yechimlari ichidan eng kichik 𝜀𝜀 1 darajali 𝑋𝑋 1 (𝜆𝜆) yechimni olamiz. Bu tenglamaning boshqa barcha yechimlari 𝑋𝑋 1 (𝜆𝜆) bilan chiziqli bog`lanmaganlik shartidan foydalanib, ( ) 2 1 2 ε ε ε ≤ darajali ( ) λ 2 õ yechimni tanlaymiz. Bu jarayonni davom ettirib, boshqa yechimlarni topamiz. Chiziqli bog`lanmagan yechimlar soni n dan katta emasligidan bu jarayon chekli bo`ladi. Biz (3.31) tenglamaning fundamental yechimlar qatorini xosil qilamiz: 𝑋𝑋 1 (𝜆𝜆), 𝑋𝑋 2 (𝜆𝜆), … . , 𝑋𝑋 𝑝𝑝 (𝝀𝝀) (3.32) bularning darajalari mos ravishda ε 1 ≤ ε 2 ≤ ε 3 ≤ ⋯ ε p (3.33) bo`ladi. Umumiy xolda fundamental yechimlar qatori B A λ + dastaning berilishi bilan bir qiymatli aniqlanmaydi. Ammo ikkita har xil fundamental yechimlar qatori har doim bitta ε 1 , ε 2 , ε 3 … , ε p darajalar qatoriga ega bo’ladi. Xaqiqatan, (3.32) bilan birga p ε ε ε ~ , ... , ~ , ~ 2 1 darajali ( ) ( ) . . . , ~ , ~ 2 1 λ λ x x fundamental yechimlar qatorini qaraymiz. (3.33) darajalar ichida . . . . . . . . . 2 1 1 1 < = = < = = + n n n g ε ε ε ε va shunga o`xshash . . . , ~ , ~ 2 1 ε ε qatorda . . . ~ . . . ~ ~ . . . ~ 2 1 1 1 1 ~ ~ ~ < = = < = = + n n n ε ε ε ε bo`lsin. 77 Ko`rinib turibdiki, . ~ 1 1 ε ε = Ihtiyoriy ( ) ( ) 1 ~ , . . . , 2 , 1 ~ n i x i = λ ustun ( ) ( ) ( ) λ λ λ 1 2 1 , . . . , , n x x x ustunlar chiziqli kambinatsiyasidan iborat, chunki aks xolda (3.32) qatordagi ( ) λ 1 1 + n x yechimni kichikroq darajali ( ) λ 1 ~ x yechim bilan almashtirilishi mumkin bo`ladi. Aksincha, xar bir ( ) ( ) 1 , . . . , 2 , 1 n i x i = λ ustun ( ) ( ) ( ) λ λ λ 1 2 1 ~ ~ , . . . , ~ , ~ n x x x ustunlar chiziqli kambinatsiyasidan iborat bo`ladi. Shuning uchun 1 1 ~ n n = va 1 ~ 1 1 1 ~ + + = n n ε ε . Xuddi shunday muloxaza yuritib, 2 2 ~ n n = va 1 2 1 2 ~ ~ + + = n n ε ε ni xosil qilamiz va xokozo. (3.32) fundamental qatordagi xar bir ( ) λ k x yechim B A λ + matritsa ustunlari orasida k ε darajali chiziqli bog`lanishni beradi ( ) . , . . . , 2 , 1 p k = Shuning uchun p ε ε ε , . . . , , 2 1 sonlar B A λ + dasta ustunlari uchun minimal indekslar deyiladi. Xuddi shunday B A λ + dasta satrlari uchun q η η η , ... , , 2 1 minimal indekslar kiritiladi. Bunda ( ) 0 = + x B A λ tenglama ( ) 0 = + y B A T T λ tenglama bilan almashitirilib, q η η η , ... , , 2 1 sonlar transponirlangan T T B A λ + dasta ustunlari uchun minimal indeks sifatida aniqlanadi. Qat’iy ekvivalent dastalar bitta va faqat bitta minimal indeksga ega. Haqiqatan, 2 ta B A λ + va ( ) Q P B A λ + ( P va − Q xosmas kvadrat matritsalar) o`xshash dastalar berilgan bo`lsin. Birinchi dasta uchun (3.31) tenglamani o`ngdan P matritsaga ko`paytirib, quyidagicha yozamiz: ( ) 0 1 = + − x Q Q B A P λ Bundan ko`rinadiki, (3.31) tenglamaning barcha yechimlari chapdan 1 − Q ga ko`paytirilgandan so`ng ( ) 0 = + x Q B A P λ tenglama yechimlarining to`la sistemasini beradi. Shuning uchun B A λ + va ( ) Q p B A λ + dastalar ustunlar uchun bir xil minimal indekslarga ega. Satrlar uchun minimal indekslarni ustma-ust tushishi transponirlangan dastalarga o`tish bilan ko`rsatiladi. 78 Kanonik kvazidiogonal matritsalar + + + 0 0 1 1 , , ... , , , . . . , , B A L L L L O h T T p g g ta q h ta λ η η ε ε (3.34) uchun minimal indekslarni xisoblaymiz. − + 0 0 B A λ (3.6) normal formaga ega bo`lgan regulyar dasta. Kvazidional matritsa ustunlari (satrlari) uchun minimal indekslarning to`la sistemasi, mos alohida diagonal bloklar minimal indekslar sistemalarini birlashtirish bilan hosil qilinadi. ε L matritsa ustuni uchun faqat bitta ε indekisga ega, satri uchun esa bitta η indeksga ega bo`lib, bu matritsa ustunlari chiziqli bog`liq emas. − + 0 0 B A λ regulyar dasta umuman minimal indekslarga ega emas. Shuning uchun (3.34) matritsa ustunlari uchun p g g ε ε ε ε ε , . . . , 0 . . . 1 2 1 + = = = = satrlari uchun q h h η η η η η , . . . , 0 . . . 1 2 1 + = = = = minimal indekslarga ega. ε L matritsa elementar bo`luvchilarga ega emas, chunki maksimal tartibli minorlari 1ga yoki ε λ teng bo`ladi. Bu tasdiq T L ε matritsa uchun ham o`rinli. Shuningdek kvazidiogonal matritsa elementar bo`luvchilari uchun alohida olingan diagonal bloklri elementar bo`luvchilarni birlashtirib hosil qilinadi, shuning uchun (3.34) − λ matritsa elementar bo`luvchilaari uchun 0 0 B A λ + regulyar yadrosi elementar bo`luvchilari bilan ustma-ust tushadi. (3.34) dastaning kanonik formasi minimal indeslar q p η η η ε ε ,..., , , , . . . , 2 1 1 va bu dastalar yoki unga qat’iy ekvivalent bo`lgan B A λ + dasta elementar bo`luvchilari bilan to`la aniqlanadi. Shuningdek, bir xil kanonik formaga ega bo`lgan ikkita dasta o`zaro qat’iy ekvivalent bo`ladi. U holda biz quyidagi teoremani isbotladik: Teorema 3.5. (Kroneker teoremasi) Ixtiyoriy bir xil m x n o`lchovli to`g`ri to`rtburchakli matritsalarning B A λ + va 1 1 B A λ + dastalari qat’iy 79 ekvivalent bo`lishi uchun bu dastalar bir xil minimal indekslarga va bir xil elementar (chekli yoki cheksiz) bo`luvchilarga ega bo`lishi zarur va yetarli. Misol tariqasida 2 0 , 2 , 1 , 0 3 2 1 3 2 1 = = = = = = η η η ε ε ε minimal indekslarga va ( ) 3 2 2 , 2 , µ λ λ + elementar bo`luvchilarga ega bo`lgan B A λ + dastaning kanonik formasini yozamiz: [ ] + + 2 0 1 2 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ λ §6. Kvadratik formalarining singulyar dastasi. Quyidagi ikkita kompleks kvadratik formalar berilgan bo`lsin: ( ) ( ) ∑ ∑ = = = = n k i k i ik n k i k i ik x x b x x B x x a x x A 1 1 , , , , , (3.36) bular ( ) ( ) x x B x x A , , λ + kvadratik formalar dastasini tashkil qiladi. Bu formalar dastasiga ( ) B B A A B A T T = = + , λ simmetrik matritsalar dastasi mos keladi. Agar ( ) ( ) x x B x x A , , λ + kvadratik formalar dastasida o`zgaruvchilarni ( ) 0 ≠ = T Tz x chiziqli almashtirishni qo`llasak, u holda ( ) ( ) z z B z z A , ~ , ~ λ + almashtirilgan formalar dastasiga quyidagi matritsalar dastasi mos keladi. ( ) T B A T B A T λ λ + = + ~ ~ (3.37) bu yerda − − n T tartibli, o`zgarmas, xosmas kvadrat matritsa. 80 Ikkita (3.37) ayniyat bilan bog`langan B A λ + va B A ~ ~ λ + matritsalar dastalari o`zaro kongruyent deyiladi. Ma`lumki, kongruyentlik matritsalar dastalarining qat`iy ekvivalentligini maxsus xususiy holi bo`ladi. Agar matritsalar simmetrik ( yoki kososimmetrik) bo`lsa, kongruyentlik tushunchasi qat’iy ekvivalentlik tushunchasi bilan ustma-ust tushadi. Teorema 3.6. Ikkita qat’iy ekvivalent kompleks simmetrik (yoki kososimmetrik) matritsalar dastasi o`zaro kongruyent bo`ladi. Isboti. . Ikkita B A λ + = Λ va B A ~ ~ ~ λ + = Λ qat’iy ekvivalent simmetrik (yoki kososimmetrik ) matritsalar dastasi berilgan bo`lsin; ( ) 0 , 0 ; ~ ~ , ~ ≠ ≠ Λ ± = Λ Λ ± = Λ Λ = Λ Q P Q P T T (3.38) Transponirlangan matritsalarga o`tib , quyidagini xosil qilamiz: . ~ T T P Q Λ = Λ . (3.39) (3.38) va (3.39) dan quyidagini topamiz: Λ = Λ − − T T Q P QP 1 1 (3.40) 1 − = T QP U (3.41) deb olib, (2.40) ni quyidagicha yozamiz: Λ = Λ T U U (3.42) (3.42) dan quyidagilar kelib chiqadi: ( ) . . . , 1 , 0 , = Λ = Λ k U U k T k va umumiy xolda Λ = Λ T S S (3.43) bu yerda ( ) U f S = (3.44) ( ) λ λ − f ga nisbatan ixtiyoriy ko`phad. Faraz qilaylik bu ko`phad shunday tanlanganki, unda . 0 ≠ S U holda (3.43)dan quyidagini topamiz: 1 − Λ = Λ S S T (3.45) Λ uchun olingan ifodani (3.38) ga qo`yib, quyidagiga ega bo`lamiz: 81 Q S PS T 1 ~ − Λ = Λ (3.46) Bu munosabat konkruent almashtirish bo`lishi uchun quyidagi tenglik bajarilishi kerak: ( ) Q S PS T 1 − = buni quyidagicha yozish mumkin: U QP S T = = −1 2 Ammo ( ) λ f sifatida U matritsa spektorida λ interpolyatsion ko`phadni olsak, ( ) U f S = bu tenglamani qanoatlantiradi. Buni qilish mumkin, chunki ko`p qiymatli λ U matritsa spektrida bir qiymatli tarmoqqa ega, shuningdek 0 ≠ U Bundan keyin (3.46) tenglik kongruentlik sharti bo`ladi: = = Λ = Λ − Q QP SQ T T T T T 1 ~ (3.47) Bu isbotlangan teorema va teorema 3.5. dan quyidagi natija kelib chiqadi: Natija3.1: Ikkita ( ) ( ) x x B x x A , , λ + va ( ) ( ) x x B x x A , ~ , ~ λ + kvadrat formalar dastasi ( ) 0 ≠ = T Tz x almashtirish bilan bir-biriga o`tkaziladi, shunda va faqat shunda, qachonki B A λ + va B A ~ ~ λ + simmetrik matritsalar dastalari bir xil elementar bo`luvchilarga va bir xil minimal indekslarga ega bo`lsa. Eslatma. Simmetrik matritsalar dastasi uchun satrlar va ustunlar bir xil minimal indekslarga ega, ya`ni p p q p η ε η ε η ε = = = = , ... , , , 2 2 1 1 (3.48) Quyidagicha savol qo`yamiz : Ikkita ( ) ( ) ∑ ∑ = = = = n k i k i ik n k i k i ik x x b x x B x x a x x A 1 1 , , , , , ixtiyoriy kompleks kvadratik formalar berilgan. Qanday shartlar bajarilganda ( ) 0 ≠ = T Tz x o`zgaruvchilarni xosmas almashtirish bilan bu formalarni bir vaqtning o`zida. 82 ∑ = n i i i z a 1 2 va 2 1 1 z b n i i ∑ = (3.49) Kvadratlar yig`indisiga keltirish mumkin? Shunga o`xshash savolni ikkita ( ) x x A , va ( ) x x B , Ermit formalar uchun ham qo`yish mumkin, ammo bu holda (3.49) ni o`rniga quyidagini yozish kerak bo`ladi. ∑ = n i i i i z z a 1 va i i n i i z z b ∑ = 1 (3.50) bu yerda i a va ( ) − = n i b i , . . . , 2 , 1 haqiqiy sonlar . Faraz qilaylik, ( ) x x A , va ( ) x x B , kvadratik formalar ko`rsatilgan xossalarga ega bo`lsin. U holda B A λ matritsalar dastasi quyidagi dioganal matritsalar dastasi kongurent bo`ladi: { } n n b a b a b a λ λ λ + + + , . . . , , 2 2 1 1 (3.51) i i b a λ + dioganal ko`phadlarning ( ) n r r ≤ tasi aynan no`lga teng emas bo`lsin. Umumiylikni buzmasdan quyidagicha deb olamiz: ( ) . , . . . , 1 , 0 , . . . , 0 1 1 n r n i b a b a b a i i r n r n + − = + = = = = − − λ { } n n r n r n b a b a B A λ λ λ + + = + + − + − , . . . , 1 1 0 0 deb olib, (3.51) ni quyidagicha yozamiz: + − 0 0 , B A O ta r n λ (3.52) (3.52)ni (3.34) bilan solishtirib, ko`ramizki, bu holda barcha minimal indekslar nolga teng. Bundan tashqari barcha elementlar bo`luvchilar birinchi darajaga ega. Biz quyidagi teoremaga keldik; Teorema 3.7. Ikkita ( ) x x A , va ( ) x x B , kvadratik formalar bir vaqtda o`zgaruvchilarni almashtirish bilan kvadlar yigindisiga keltirilishi mumkin, faqat va faqat shu holda , qachonki, B A λ + matritsalar dastasida barcha elementar bo`luvchilar birinchi darajali bo`lib , barcha minimal indekslar nolga teng bo`lsa. 83 Umumiy holda , ikkita ( ) x x A , va ( ) x x B , kvadratik formalarni qandaydir kanonik ko`rinishga keltirish uchun B A λ + matritsalar dastasini unga qat’iy ekvivalent bo`lgan simmetrik matritsalar kanonik dastasi bilan almashtirish kerak . − + B A λ simmetrik matritsalar dastasi 0 , . . . , 0 , 0 , . . . , 0 , 0 1 2 1 ≠ ≠ = = = + p g g ε ε ε ε ε minimal indekslarga va − s u u u µ µ µ , . . . , , 2 1 cheksiz va ( ) ( ) ( ) t c t c c λ λ λ λ λ λ + + + , . . . , , 2 1 1 1 chekli elementar bo`luvchilarga ega bo`lsin .U holda (3.30) kanonik formada p p g g q p h g η ε η ε = = = = + + , .... , , , 1 1 bo`ladi . (3.30) da har ikkita ε L va T L ε ko`rinishdagi dioganal bloklarni bitta O L L O T ε ε dioganal blok bilan, ( ) ( ) ( ) u u u H E N λ + = ko`rinishdagi har bir blokni ( ) ( ) ( ) ( ) = = = 0 0 ... 0 1 0 0 ... 1 0 .. .. ... .. .. 0 1 ... 0 0 1 0 ... 0 0 0 0 ... 1 .. .. ... .. .. 1 ... 0 0 1 0 ... 0 0 ~ u u u u V N V N λ λ (3.53) qat’iy ekvivalentlik simmetrik blok bilan almashtiramiz. Bundan tashqari, (2.30) dagi ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) { } t t c c t c c H E H E E J + + + + = + λ λ λ λ λ , . . . , 1 1 1 (3.54) ( J -Jordon matritsasi) regulyar dioganal blok o`rniga, unga qat’iy ekvivalentlik bo`lgan ( ) ( ) { } t t c c Z Z λ λ , . . . , 1 1 (3.55) dastani olamiz. Bu yerda ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) t i H E V Z i i i c c i c c i i i i i , . . . , 2 , 1 , 0 0 . . . 1 . . . . . . . . . 1 . . . 0 0 0 . . . 0 0 = + + + = + + = λ λ λ λ λ λ λ λ λ (3.56) B A λ + dasta quyidagi simmetrik dastaga qat’iy ekvivalent. 84 ( ) ( ) ( ) ( ) = + + + t c t c u u T T Z Z N N O L L O O L L O O B A S p p g g λ λ ε ε ε ε λ , . . . , , , . . . , , , . . . , , ~ ~ 1 1 1 1 1 (3.57) Ikkita ( ) x x A , va ( ) x x B , kompleks koyffitsientli kvadratik formalar ( ) 0 ≠ = T z T x o`zgaruvchilarni almashtirish bilan (3.57) tenglik bilan aniqlangan ( ) z z A , ~ va ( ) z z B , ~ kanonik ko’rinishga bir vaqtda keltirilish 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