O`zbekiston respublikasi oliy va o`rta maxsus ta`lim vazirligi andijon davlat universiteti
§6. Kvadratik formalarni bosh o’qlarga keltirish
Download 1.62 Mb. Pdf ko'rish
|
Matritsa
- Bu sahifa navigatsiya:
- § 7. Kvadratik formalar dastasi.
- Teorema.7.10
§6. Kvadratik formalarni bosh o’qlarga keltirish.
Quyidagi ixtiyoriy haqiqiy kvadratik formani qaraymiz ∑ = = n k i k i ik T x x a Ax x 1 , . Uning matritsasi 𝐴𝐴 = (𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑘𝑘 ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 haqiqiy, simmetrik bo’ladi. Shuning uchun 𝜑𝜑 qandaydir Λ haqiqiy diogonal matritsaga ortogonal- o’xshash bo’ladi, ya’ni shunday 𝑄𝑄 haqiqiy ortogonal matritsa mavjudki, unda Λ = Q −1 𝐴𝐴𝑄𝑄 , �Λ = (λ i δ ik ) i,k=1 n , 𝑄𝑄𝑄𝑄 𝑇𝑇 = 𝐸𝐸� (7.37) bo’ladi. Bu yerda λ 1 , λ 2 , … , λ n − 𝐴𝐴 matritsaning harakteristik sonlari. Ortogonal matritsa uchun 𝑄𝑄 −1 = 𝑄𝑄 𝑇𝑇 bo’lgani uchun (7.37) dan kelib chiqadiki, 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 forma o’zgaruvchilarni 𝑥𝑥 = 𝑄𝑄𝑄𝑄 (𝑄𝑄𝑄𝑄 𝑇𝑇 = 𝐸𝐸), 𝑥𝑥 𝑖𝑖 = ∑ 𝑞𝑞 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 𝑄𝑄 𝑘𝑘 �∑ 𝑞𝑞 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑞𝑞 𝑘𝑘𝑗𝑗 𝑛𝑛 𝑗𝑗=1 = 𝛿𝛿 𝑖𝑖𝑘𝑘 , 𝑖𝑖, 𝑘𝑘, = 1,2, … , 𝑛𝑛� (7.38) Orotgonal almashtirishda quyidagi ko’rinishga keladi: 𝑄𝑄 𝑇𝑇 Λ𝑄𝑄 = ∑ λ i 𝑄𝑄 i 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 (7.39) Teorema. 7.7. 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − haqiqiy kvadratik formani har doim ortogonal alamshtirish yordamida (7.39) kanonik ko’rinishga keltirish mumkin bo’lib, λ 1 , λ 2 , … , λ n lar 𝐴𝐴 matritsaning xarakteristik sonlari bo’ladi. Kvadratik formani ortogonal almashtirish yordamida kanonik ko’rinishga keltirish uni bosh o’qlarga keltirish deyiladi. Bunday nomlanish shu bilan bog’liqki,unda ∑ 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑘𝑘 = 𝑐𝑐 (𝑐𝑐 = 𝑐𝑐𝑚𝑚𝑛𝑛𝑠𝑠𝑡𝑡 ≠ 0) (7.40) ikkinchi tartibli gipersirt tenglamasi o’zgaruvchilarni (7.38) ortogonal almashtirishda quyidagi kanonik ko’rinishni oladi: 177 ∑ 𝑄𝑄 𝑖𝑖 𝑛𝑛 𝑖𝑖=1 𝑄𝑄 𝑖𝑖 2 𝑣𝑣 𝑖𝑖 2 = 1 � 𝑄𝑄 𝑖𝑖 𝑣𝑣 𝑖𝑖 2 = λ i 𝑐𝑐 ; 𝜀𝜀 i = ±1; 𝑖𝑖 = 1,2, … , 𝑛𝑛� (7.41) (7.39) formuladan kelib chiqadiki, 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 formaning rangi 𝑟𝑟, 𝐴𝐴 matritsaning noldan farqli xarakteristik sonlari soniga teng bo’lib, 𝜎𝜎 signatura 𝐴𝐴 matritsaning musbat va manfiy xarakteristik sonlari sonining ayirmasiga teng bo’ladi. Bundan, hususiy xolda quyidagi tasdiq kelib chiqadi. Agar kvadratik forma koeffitsientlari uzluksiz o’zgarganda uning rangi o’zgarmasa, u xolda koeffitsientlarni bunday o’zgarishida uning signaturasi ham o’zgarmay qoladi. (7.39) formuladan yana kelib chiqadiki, 𝐴𝐴 haqiqiy simmetrik matritsa yarim musbat aniqlangan (musbat aniqlangan) bo’ladi, faqat va faqat shu holdaki, qachonki, 𝐴𝐴 matritsaning barcha xarakteristik sonlari manfiymas (musbat) bo’lsa, ya’ni u quyidagi ko’rinishda ifodalansa 𝐴𝐴 = 𝑄𝑄(λ i δ ik ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 𝑄𝑄 −1 [λ i ≥ 0 (λ i > 0), i = 1,2, … n] (7.42) 𝐹𝐹 = 𝑄𝑄(�λ i δ ik ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 𝑄𝑄 −1 (7.43) yarim musbat aniqlangan (musbat aniqlangan) matritsa 𝐴𝐴 yarim musbat aniqlangan (musbat aniqlangan) matritsaning kvadrat ildizi bo’ladi: 𝐹𝐹 = √𝐴𝐴 (7.44) § 7. Kvadratik formalar dastasi. Ikkita 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑘𝑘 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = � 𝑏𝑏 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑘𝑘 haqiqiy kvadratik formalar yordamida tuzilgan 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 (λ −parametr) forma kvadratik formar dastasi deyiladi. Agar 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 forma musbat aniqlangan bo’lsa, u holda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dasta regulyar deyiladi. 0 = − B A λ 178 tenglama 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 kvadratik formalar dastasining xarakteristik tenglamasi deyiladi. Bu tenglamaning qandaydir ildizini λ 0 bilan belgilaymiz. 𝐴𝐴 − λ 0 𝐵𝐵 matritsa xos matritsa bo’lgani uchun shunday 𝑧𝑧 = (𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ) 𝑡𝑡 ≠ 0 ustun mavjudki, unda (𝐴𝐴 − λ 0 𝐵𝐵)𝑧𝑧 = 0 yoki 𝐴𝐴𝑧𝑧 = λ 0 Bz (z ≠ 0) bo’ladi. λ 0 soni 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dastaning xarakteristik soni deyilib, 𝑧𝑧 − mos bosh ustun yoki bu dastaning bosh vektori deyiladi. Teorema. 7.8. Kvadratik formalarning 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 regulyar dastasini |𝐴𝐴 − λ𝐵𝐵| = 0 xarakteristik tenglamasi xar doim 𝑧𝑧 𝑘𝑘 = (𝑧𝑧 1𝑘𝑘 , 𝑧𝑧 2𝑘𝑘 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛𝑘𝑘 )(𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) 𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 = λ k 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.45) bosh vektorlar mos keluvchi, 𝑛𝑛 ta λ k (k = 1,2, … , n) haqiqiy xarakteristik ildizlarga ega. Bu 𝑧𝑧 𝑘𝑘 bosh vektorlarni shunday tanlash mumkinki, unda (𝑧𝑧 𝑖𝑖 ) 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 𝛿𝛿 𝑖𝑖𝑘𝑘 (𝑖𝑖, 𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.46) munosabat bajariladi. Isboti. (7.45) tenglikni quyidagicha yozish mumkin 𝐵𝐵 −1 𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 = λ 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 𝛿𝛿 𝑖𝑖𝑘𝑘 (𝑖𝑖, 𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.45 ’ ) Shunday qilib, teorema 7.8. ga ko’ra 𝐷𝐷 = 𝐵𝐵 −1 𝐴𝐴 (7.47) matritsa quyidagilarga ega: 1) oddiy strukturaga; 2) λ 1 , λ 2 , … , λ n xaqiqiy xarakteristik sonlarga; 3)bu xarakteristik sonlarga mos kelib, (7.46) munosabatni qanoatlantiruvchi 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 xos ustunlar (vektorlar) ga. 179 𝐷𝐷 = 𝐵𝐵 −1 𝐴𝐴 matritsa ikkita simmetrik matritsalarning ko’paytmasidan iborat bo’lib, o’zi simmetrik bo’lmasligi mumkin. Shuning uchun 𝐷𝐷 𝑇𝑇 = 𝐴𝐴𝐵𝐵 −1 bo’ladi. 𝐹𝐹 = √𝐵𝐵 deb olib, (7.47) tenglikdan quyidagini xosil qilamiz: 𝐷𝐷 = 𝐹𝐹 −1 𝑆𝑆𝐹𝐹, (7.48) bu yerda 𝑆𝑆 = 𝐹𝐹 −1 𝐴𝐴𝐹𝐹 −1 (7.48 | ) simmetrik matritsa. 𝐷𝐷 matritsani 𝑆𝑆 simmterik matritsaga o’xshash ekanligidan 1) va 2) tasdiqlar kelib chiqadi. 𝑢𝑢 𝑘𝑘 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) orqali 𝑆𝑆 simmetrik matritsa xos vektorlari normalangan sistemasini belgilaymiz: 𝑆𝑆𝑢𝑢 𝑘𝑘 = 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝑢𝑢 𝑘𝑘 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛), (𝑢𝑢 𝑘𝑘 ) 𝑇𝑇 𝑢𝑢 𝑙𝑙 = 𝛿𝛿 𝑘𝑘𝑒𝑒 (𝑘𝑘, 𝑙𝑙 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.49) va 𝑢𝑢 𝑘𝑘 = 𝐹𝐹𝑧𝑧 𝑘𝑘 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.50) deb olib, (7.48), (7.4 8′), (7.49), (7.50) tengliklardan quyidagini topamiz: 𝐷𝐷𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑘𝑘 , (𝑧𝑧 𝑘𝑘 ) 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑙𝑙 = 𝛿𝛿 𝑘𝑘𝑙𝑙 , 𝑘𝑘, 𝑙𝑙 = 1,2, … , 𝑛𝑛 ya’ni 3) tasdiq isbotlandi va teorema 7.8. to’la isbotlandi. (7.46) dan 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ustunlarni chiziqli bog’liqmasligi kelib chiqadi. ∑ 𝑐𝑐 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 0 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 (7.51) bo’lsin. U xolda ixtiyoriy 𝑖𝑖(1 ≤ 𝑖𝑖 ≤ 𝑛𝑛) uchun (7.46) ga asosan 0 = (𝑧𝑧 𝑙𝑙 ) 𝑇𝑇 𝐵𝐵 �� 𝑐𝑐 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 � = � 𝑐𝑐 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑙𝑙 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 = 𝑐𝑐 𝑙𝑙 bo’ladi. Shunday qilib, (7.51) da barcha 𝑐𝑐 𝑙𝑙 (𝑙𝑙 = 1,2, … , 𝑛𝑛) nolga teng va 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ustunlar orasida hech qanday chiziqli bog’liqlik mavjud emas. (7.46) munosabatni qanoatlantiruvchi 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 bosh ustunlardan tuzilgan Z = (𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ) = (𝑧𝑧 𝑖𝑖𝑘𝑘 ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 matritsani 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalar dastasi uchun bosh matritsa deyiladi. 𝑍𝑍 matritsa xosmas (|𝑧𝑧| ≠ 0) matritsa bo’ladi, chunki uning ustunlari chiziqli bog’lanmagan. 180 (7.45) ning ikkala tomonini chapdan 𝑧𝑧 𝑙𝑙 𝑇𝑇 satr matritsaga ko’paytirib, quyidagini xosil qilamiz 𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝑧𝑧 𝑖𝑖̇ 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝛿𝛿 𝑖𝑖,𝑘𝑘 (𝑖𝑖, 𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.52) 𝑍𝑍 = (𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ) bosh matritsani kiritib, (7.46) va (7.52) ni quyidagi ko’rinishda ifodalashimiz mumkin. 𝑍𝑍 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑍𝑍 = �𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝛿𝛿 𝑖𝑖,𝑘𝑘 � 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 , 𝑍𝑍 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑍𝑍 = 𝐸𝐸 (7.53) (7.53) formulalardan ko’rinadiki, 𝑥𝑥 = 𝑍𝑍𝑄𝑄 (7.54) xosmas almashtirish 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 kvadratik formalarni ∑ 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 𝑄𝑄 𝑘𝑘 2 va ∑ 𝑄𝑄 𝑘𝑘 2 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 (7.55) kvadratlar yig’indisiga keltiradi. (7.54) almashtirishning bu xossasi 𝑍𝑍 bosh matritsani xarakterlaydi. Xaqiqatan, (7.54) almashtirish 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalarni (7.55) kanonik ko’rinishga keltirsin. U holda (7.53) tenglik o’rinli bo’lib, 𝑍𝑍 matritsa ustunlari uchun (7.46) va (7.52) tengliklar o’rinli bo’ladi. (7.53) dan 𝑍𝑍 ni xosmas (|𝑧𝑧| ≠ 0) matritsa ekanligi kelib chiqadi. (7.52) tenglikni quyidagicha yozamiz: 𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑇𝑇 (𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 − 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 ) = 0 (𝑖𝑖 = 1,2, … , 𝑛𝑛), (7.56) bu yerda 𝑘𝑘 − ixtiyoriy fiksirlangan qiymatga ega 1 ≤ 𝑘𝑘 ≤ 𝑛𝑛. (7.56) tengliklar sistemasini bitta tenglikka keltirish mumkin 𝑍𝑍 𝑇𝑇 (𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 − 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 ) = 0, bundan, 𝑍𝑍 𝑇𝑇 − xosmas bo’lgani uchun 𝐴𝐴𝑧𝑧 𝑘𝑘 − 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝐵𝐵𝑧𝑧 𝑘𝑘 = 0 ni, ya’ni ixtiyoriy 𝑘𝑘 uchun (7.45) ni xosil qilamiz. Demak, 𝑍𝑍 − bosh matritsa. Shunday qilib, quyidagi teoremani isbotladik. Teorema 7.9. Agar 𝑍𝑍 = (𝑧𝑧 𝑖𝑖𝑘𝑘 ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 matritsa 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − λ𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalar regulyar dastasining bosh matritsasi bo’lsa, u xolda 181 𝑥𝑥 = 𝑍𝑍𝑄𝑄 (7.57) almashtirish 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalarni bir vaqtda mos ravishda � 𝜆𝜆 𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 𝑄𝑄 𝑘𝑘 2 𝑣𝑣𝑣𝑣 � 𝑄𝑄 𝑘𝑘 2 𝑛𝑛 𝑘𝑘=1 (7.58) kvadratlar yig’indisiga keltiradi, bu yerda 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 lar 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dastaning 𝑍𝑍 matritsa 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 ustunlariga mos keluvchi xarakteristik sonlari. Aksincha, qandaydir (7.57) almashtirish 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 kvadratik formalarni bir vaqtda (7.58) ko’rinishga keltirsa, u holda 𝑍𝑍 = (𝑧𝑧 𝑖𝑖𝑘𝑘 ) 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑛𝑛 matritsa formalarning 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dastasi bosh matritsasi bo’ladi. Misol. 7.3. Umumlashgan koordinatalar sistemasida 2𝑥𝑥 2 − 2𝑦𝑦 2 − 3𝑧𝑧 2 − 10𝑦𝑦𝑧𝑧 + 2𝑥𝑥𝑧𝑧 − 4 = 0 (7.59) ikkinchi tartibli sirt tenglamasi va 2𝑥𝑥 2 + 3𝑦𝑦 2 + 2𝑧𝑧 2 + 2𝑥𝑥𝑧𝑧 = 1 (7.60) birlik sfera tenglamasi berilgan. (7.59) tenglamani bosh o’qlarga keltirish talab qilinadi. Bu holda 𝐴𝐴 = � 2 0 1 0 −2 −5 1 −5 −3 � , 𝐵𝐵 = � 2 0 1 0 3 0 1 0 2 � Dastaning xarakteristik tenglamasi quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi: � 2 − 2𝜆𝜆 0 1 − 𝜆𝜆 0 −2 − 3𝜆𝜆 −5 1 − 𝜆𝜆 −5 − 3 − 2𝜆𝜆 � = 0 (7.61) Bu tenglama 𝜆𝜆 1 = 1, 𝜆𝜆 2 = 1, 𝜆𝜆 3 = −4 uchta ildizga ega. 𝜆𝜆 1 = 1 xarakteristik songa mos bosh vektor koordinatalarini 𝑢𝑢, 𝜗𝜗, 𝜔𝜔 bilan belgilaymiz. 𝑢𝑢, 𝜗𝜗, 𝜔𝜔 182 miqdorlarni koeffitsientlari (7.61) aniqlovchi elementlari bilan ustma-ust tushuvchi quyidagi sistemadan topamiz. 0 ∙ 𝑢𝑢 + 0 ∙ 𝜗𝜗 + 0 ∙ 𝜔𝜔 = 0 0 ∙ 𝑢𝑢 − 5 ∙ 𝜗𝜗 − 5 ∙ 𝜔𝜔 = 0 0 ∙ 𝑢𝑢 − 5 ∙ 𝜗𝜗 − 5 ∙ 𝜔𝜔 = 0. Bundan, 𝜗𝜗 + 𝜔𝜔 = 0 𝜆𝜆 = 1 xarakteristik songa ikkita ortonormallangan bosh vektor javob berishi kerak. Birinchi vektor koordinatalarini ixtiyoriy ravishda 𝜗𝜗 + 𝜔𝜔 = 0 shartni qanoatlantiradigan qilib olamiz. Ularni 𝑢𝑢 = 0, 𝜗𝜗, 𝜔𝜔 = −𝜗𝜗 dek tanlaymiz. Ikkinchi bosh vektor koordinatalarini 𝑢𝑢 ′ , 𝜗𝜗 ′ , 𝜔𝜔 ′ = −𝑣𝑣 ′ dek tanlab, ortogonallik sharti (𝑧𝑧 ′ 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑧𝑧 2 = 0) ni yozamiz. 2𝑢𝑢𝑢𝑢 ′ + 3𝜗𝜗𝜗𝜗 ′ + 2𝜔𝜔𝜔𝜔 ′ + 𝑢𝑢𝜔𝜔 ′ + 𝑢𝑢 ′ 𝜔𝜔 = 0 Bundan, 𝑢𝑢 ′ = 5𝜗𝜗 ′ kelib chiqadi. Shunday qilib, ikkinchi bosh vektor koordinatalarini 𝑢𝑢 ′ = 5𝜗𝜗 ′ , 𝜗𝜗 ′ , 𝜔𝜔 ′ = −𝜗𝜗′ bo’ladi. Shuningdek xarakteristik aniqlochida 𝜆𝜆 = −4 deb olib, mos bosh vektor koordinatalarini 𝑢𝑢 ′′ , 𝜗𝜗 ′′ = −𝑢𝑢 ′′ , 𝜔𝜔 ′′ = −3𝑢𝑢′′ ko’rinishda aniqlaymiz. 𝜗𝜗, 𝜗𝜗 ′ 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑢𝑢′′ miqdorlar bosh vektor koordinatalari 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 1 birlik sferani qanoatlantirishi kerak degan shartdan topiladi, ya’ni (7.60) tenglamadan topiladi. Bundan quyidagini topamiz: 𝜗𝜗 = 1 √5 , 𝜗𝜗 ′ = 1 3√5 , 𝑢𝑢 ′′ = − 1 3 Shuning uchun bosh matritsa quyidagicha bo’ladi, 183 𝑍𝑍 = ⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎛ 0 √5 3 − 1 3 1 √5 1 3√5 1 3 − 1 √5 − 1 3√5 2 3⎠ ⎟ ⎟ ⎟ ⎞ mos koordinatalarni almashtirish 𝑥𝑥 = 𝑍𝑍𝑄𝑄 (7.59) va (7.60) tenglamalarni quyidagicha kanonik ko’rinishga keltiradi: 𝑄𝑄 1 2 + 𝑄𝑄 2 2 − 4𝑄𝑄 3 2 − 4 = 0 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑄𝑄 1 2 + 𝑄𝑄 2 2 + 𝑄𝑄 3 2 = 1. Birinchi tenglamani quyidagicha yozish mumkin 𝑄𝑄 1 2 4 + 𝑄𝑄 2 2 4 − 𝑄𝑄 3 2 1 = 1 Bu bir yaproqli aylanma giperboloid tenglamasi bo’lib, uning haqiqiy o’qi ikkiga, mavxum o’qi birga teng. Aylanish o’qi orti koordinatalari 𝑧𝑧 matritsa uchinchi ustunidan aniqlanadi, ya’ni ular − 1 3 , 1 3 , 2 3 ga teng. Qolgan ikkita ortogonal o’qlar koordinatalari birinchi va ikkinchi ustunlarda beriladi. §8. Formalar regulyar dastasi harakteristik sonlarining ekstremal xossasi. Bizga 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 = � 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑘𝑘 𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = � 𝑏𝑏 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑥𝑥 𝑘𝑘 kvadratik formalar berilgan bo’lib, 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 − musbat aniqlanga bo’lsin. 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 − regulyar dasta xarakteristik sonlari 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 (7.62) shartni qanoatlantirsin. Bu xarakteristik sonlarga mos bosh vektorlarni 𝑧𝑧 𝑘𝑘 = (𝑧𝑧 1𝑘𝑘 , 𝑧𝑧 2𝑘𝑘 , . . , 𝑧𝑧 𝑛𝑛𝑘𝑘 ) 𝑡𝑡 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) bilan belgilaymiz. 184 O’zgaruvchilarni bir vaqtda nolga teng bo’lmagan (𝑥𝑥 ≠ 0) barcha mumkin bo’lgan qiymatlarini qarab, formalarni 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 nisbatining eng kichik qiymati (minimumi) ni aniqlaymiz. Buning uchun 𝑥𝑥 = 𝑍𝑍𝑄𝑄 (𝑥𝑥 𝑖𝑖 = � 𝑧𝑧 𝑖𝑖𝑘𝑘 𝑛𝑛 𝑖𝑖,𝑘𝑘=1 𝑄𝑄 𝑘𝑘 , 𝑖𝑖 = 1,2, … , 𝑛𝑛) almashtirish yordamida yangi 𝑄𝑄 1 , 𝑄𝑄 2 , … , 𝑄𝑄 𝑛𝑛 o’zgaruvchilarga o’tish qulaydir. Bu yerda 𝑧𝑧 berilgan dastaning bosh matritsasi. Yangi o’zgaruvchilarda qaralayotgan formalar nisbati quyidagi ko’rinishni oladi: 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝜆𝜆 1 𝑄𝑄 1 2 +𝜆𝜆 2 𝑄𝑄 2 2 +⋯+𝜆𝜆 𝑛𝑛 𝑄𝑄 𝑛𝑛 2 𝑄𝑄 1 2 +𝑄𝑄 2 2 +⋯+𝑄𝑄 𝑛𝑛 2 (7.63) Son o’qida 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 sonlarga mos 𝑛𝑛 ta nuqtalar olib, bu nuqtalarga mos ravishda 𝑚𝑚 𝑖𝑖 = 𝑄𝑄 𝑖𝑖 2 , 𝑖𝑖 = 1,2, … , 𝑛𝑛 massalarni qo’yamiz. U holda, (7.63) formulaga asosan 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 nisbat bu sonli nuqtalarning massalar markazi bo’ladi. Shuning uchun 𝜆𝜆 1 ≤ 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 munosabat o’rinli bo’ladi. Bu tengsizlikning birinchi qismida qachon tenglik bajarilishini aniqlaymiz. Buning uchun (7.62) da teng xarakteristik sonlarni ajratamiz. 𝜆𝜆 1 = ⋯ = 𝜆𝜆 𝑝𝑝 1 < 𝜆𝜆 𝑝𝑝 1 +1 = ⋯ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 1 +𝑝𝑝 2 < ⋯ (7.64) 𝜆𝜆 1 nuqtadan boshqa nuqtalardagi massalar nolga teng ya’ni 𝑄𝑄 𝑃𝑃 1 +1 = ⋯ = 𝑄𝑄 𝑁𝑁 = 0 bo’lgandagina va faqat shu holda og’irlik markazi shu 𝜆𝜆 1 nuqtaga tushadi. Bu holda mos 𝑥𝑥 bosh ustunlar, 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 larning chiziqli kombinatsiyasidan iborat bo’ladi. Ammo, bu barcha ustunlar 𝜆𝜆 1 ga teng xarakteristik songa javob beradi, u holda 𝑥𝑥 𝜆𝜆 = 𝜆𝜆 1 uchun bosh ustun (vektor) bo’ladi. Shunday qilib biz quyidagi teoremani isbotladik. Teorema.7.10 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 regulyar dastaning eng kichik xarakteristik soni 185 𝜆𝜆 1 = 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 bu minimum 𝜆𝜆 1 xarakteristik son uchun bosh bo’lgan vektorlardagina erishiladi. Shunga o’xshash ,,minimallik” xarakteristikasini keyingi 𝜆𝜆 2 xarakteristik son uchun ham berish uchun 𝑧𝑧 1 vektorga ortogonal bo’lgan, ya’ni 𝑧𝑧 1𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0 tenglamani qanoatlantiruvchi barcha 𝑥𝑥 vektorlarni qarash bilan chegaralanamiz. Bunday vektorlar uchun 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝜆𝜆 2 𝑄𝑄 2 2 + ⋯ + 𝜆𝜆 𝑛𝑛 𝑄𝑄 𝑛𝑛 2 𝑄𝑄 2 2 + ⋯ + 𝑄𝑄 𝑛𝑛 2 bo’lib, 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝜆𝜆 2 > �𝑧𝑧 1𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0� bo’ladi. Bunda tenglik belgisi, faqat 𝜆𝜆 2 xarakteristik son uchun bosh bo’lib, 𝑧𝑧 1 ga ortogonal bo’lgan vektorlardagina bajariladi. Boshqa xarakteristik sonlarga ham o’tib, quyidagi teoremaga kelamiz. Teorema.7.11 Ixtiyoriy 𝑝𝑝 (1 ≤ 𝑝𝑝 ≤ 𝑛𝑛) uchun (7.62) qatordagi 𝜆𝜆 𝑝𝑝 xarakteristik son 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 nisbat minimumidan iborat, ya’ni 𝜆𝜆 𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 bo’lib, 𝑥𝑥 vektor 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑝𝑝−1 ortonormallangan bosh vektorlarga ortogonal, ya’ni 𝑧𝑧 1𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0, 𝑧𝑧 2𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0, … , 𝑧𝑧 𝑝𝑝−1𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0 (7.65) bo’ladi. Bunda (7.65) shartlarni qanoatlantirib, 𝜆𝜆 𝑝𝑝 xarakteristik son uchun bosh vektor bo’lgan vektorlardagina minimumga erishiladi. Teorema 7.11ni qo’llashning noqulayligi shundan iboratki, unda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 xarakteristik son avvalgi 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑝𝑝−1 bosh vektorlarga bog’liq bo’lib, bu bosh vektorlar ma’lum bo’lgandagina teoremani qo’llash mumkin. Bundan tashqari bosh vektorlarni tanlash ma’lum ixtiyoriylikka ega. 186 Bu noqulaylikdan qutilish uchun 𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 o’zgaruvchilarga qo’yilgan bog’lanishlar haqida tushuncha kiritamiz. 𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 o’zgaruvchilarning 𝐿𝐿 𝑘𝑘 (𝑥𝑥) = 𝑙𝑙 1𝑘𝑘 𝑥𝑥 1 + 𝑙𝑙 2𝑘𝑘 𝑥𝑥 2 + ⋯ + 𝑙𝑙 𝑛𝑛𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝑛𝑛 , (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.65′) chiziqli formasi berilgan bo’lsin. 𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 o’zgaruvchilarga yoki 𝑥𝑥 vektorga 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑛𝑛 h ta bog’lanishlar qo’yilgan deyiladi, agarda faqat 𝐿𝐿 𝑘𝑘 (𝑥𝑥) = 0 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.65′′) tenglamalar sistemasini qanoatlantiruvchi o’zgaruvchilargina qaralsa. (7.65′) dagi belgilashlarni saqlab qolgan holda ixtiyoriy chiziqli forma uchun quyidagicha belgilash kiritamiz: 𝐿𝐿� 1 (𝑥𝑥) = 𝑧𝑧 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 (𝑘𝑘 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.66) Bundan tashqari (7.65′′) bog’lanishlar qo’yilgan vektorlar uchun 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 ni quyidagicha belgilaymiz: 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑛𝑛 �. Bu belgilashlarda (1,64) quyidagicha yoziladi 𝐿𝐿 𝑝𝑝 = 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿� 1 , 𝐿𝐿� 2 , … , 𝐿𝐿� 𝑝𝑝−1 � (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛). (7.67) Endi 𝐿𝐿 1 (𝑥𝑥) = 0, 𝐿𝐿 2 (𝑥𝑥) = 0, … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 (𝑥𝑥) = 0, (7.68) va 𝐿𝐿� 𝑝𝑝+1 (𝑥𝑥) = 0, … , 𝐿𝐿� 𝑛𝑛 (𝑥𝑥) = 0 (7.88) bog’lanishlarni qaraymiz. (7.68) va (7.69) dagi bog’lanishlar soni 𝑛𝑛 dan kichik bo’lgani uchun bu bog’lanishlarning xammasini qanoatlantiruvchi 𝑥𝑥 (1) ≠ 0 vektor mavjud bo’ladi. (7.69) bog’lanishlar 𝑥𝑥 vektorni 𝑧𝑧 𝑝𝑝+1 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 bosh vektorlar bilan ortogonalligini ifodalaydi, shuning uchun 𝑥𝑥 (1) vektor koordinatalarida 𝑄𝑄 𝑝𝑝+1 = ⋯ = 𝑄𝑄 𝑛𝑛 = 0 bo’lib, (7.63) ga asosan 𝑥𝑥 (1) 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 (1) 𝑥𝑥 (1) 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 1 = 𝜆𝜆 1 𝑄𝑄 1 2 + ⋯ + 𝜆𝜆 𝑝𝑝 𝑄𝑄 𝑝𝑝 2 𝑄𝑄 1 2 + ⋯ + 𝑄𝑄 2 2 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 187 bo’ladi. Ammo bu holda 𝜇𝜇( 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 ) ≤ 𝑥𝑥 (1) 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 (1) 𝑥𝑥 (1) 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 1 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 Bu tengsizlik (7.67) bilan birga qaralganda ko’rinadiki, 𝜇𝜇 miqdor 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 bog’lanishlarda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 dan ortmay, 𝐿𝐿� 1 , 𝐿𝐿� 2 , … , 𝐿𝐿� 𝑝𝑝−1 maxsus bog’lanishlar olinganda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ga erishadi. Shunday qilib, quyidagi teorema isbotlandi. Teorema. 7.12. Agar biz ixtiyoriy p −1 uchun 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 bog’lanishlarda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 − ikkita forma nisbati minimumini qarab, bog’lanishlarni variatsiyalasak, u holda bu minimumlarning maksimumi 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ga teng, ya’ni 𝜆𝜆 𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.70) bo’ladi. Teorema. 7.11. 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 xarakteristik sonlarni “minimumlik” xarakteristikasini, Teorema. 7.12 esa “maksimal – minimallik” xarakteristikasini beradi. 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dastadagi 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 formani −𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 forma bilan almashtirganimizda dastaning barcha xarakteristik sonlari ishorasini almashtirilib, ularga mos bosh vektorlar o’zgarmay qoladi. Shunday qilib, −𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 dastaning xarakteristik sonlari 𝜆𝜆 𝑛𝑛 ≤ −𝜆𝜆 𝑛𝑛−1 ≤ ⋯ ≤ −𝜆𝜆 1 bo’ladi. Bundan tashqari, 𝛾𝛾 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ � = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 (7.71) belgilash kiritib, variatsiyalanuvchi vektorlarga 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ bog’lanishlar qo’yilgan holda quyidagilarni yozishimiz mumkin 188 𝜇𝜇 �− 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ � = −𝛾𝛾( 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ ) va 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 �− 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ � = −𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛𝛾𝛾 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 ℎ �. Shuning uchun, 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 nisbatga 7.10, 7.11, 7.12 teoremalarni qo’llab, (7.64), (7.67), (7.70) formulalar o’rniga mos ravishda quyidagilarni xosil qilamiz: 𝜆𝜆 𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥, 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 = 𝛾𝛾 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 � 𝑛𝑛 , 𝐿𝐿� 𝑛𝑛−2 , … , 𝐿𝐿� 𝑛𝑛−𝑝𝑝+2 �, 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 = min � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � , (𝑝𝑝 = 2, … , 𝑛𝑛). Bu formulalar 𝜆𝜆 1 , 𝜆𝜆 2 , … , 𝜆𝜆 𝑛𝑛 sonlarni mos ravishda “maksimallik” va “minimal - maksimallik” xossalarini aniqlaydi. Bularni teorema ko’rinishida quyidagicha ifodalaymiz. Teorema. 7.13. 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalar regulyar dastasi xarakteristik sonlari 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 bo’lib, dastaning chiziqli bog’liq bo’lmagan bosh vektorlari 𝑧𝑧 1 , 𝑧𝑧 2 , … , 𝑧𝑧 𝑛𝑛 bo’lsin. U holda 1) 𝜆𝜆 𝑛𝑛 − eng katta xarakteristik son formalar nisbati maksimumi, ya’ni 𝜆𝜆 𝑛𝑛 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑡𝑡 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑡𝑡 𝐵𝐵𝑥𝑥 (7.72) bo’lib, bu maksimumga faqat dastaning 𝜆𝜆 𝑛𝑛 xarakteristik soniga mos vektorlaridagina erishiladi. 2) Oxiridan 𝑝𝑝 − xarakteristik son 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 (2 ≤ 𝑝𝑝 ≤ 𝑛𝑛) variatsiyalanuvchi 𝑥𝑥 vektorga 189 𝑧𝑧 𝑛𝑛 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0, 𝑧𝑧 𝑛𝑛−1 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0, 𝑧𝑧 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 0 (7.73) bog’lanishlar qo’yilgan shartda shu formalar nisbati maksimumi bo’ladi 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 (7.74) ya’ni 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 = 𝛾𝛾 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿� 𝑛𝑛 , 𝐿𝐿� 𝑛𝑛−1 , … , 𝐿𝐿� 𝑛𝑛−𝑝𝑝+2 � (7.75) Bu maksimumga faqat dastaning 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 xarakteristik soniga mos va (7.73) shartlarni qanoatlantiruvchi bosh vektorlaridagina erishiladi. 3) Agar 𝐿𝐿 1 (𝑥𝑥) = 0, … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 (𝑥𝑥) = 0 (2 ≤ 𝑝𝑝 ≤ 𝑛𝑛) bog’lanishlardagi 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalar nisbati maksimumida bog’lanishlar variatsiyalansa, u holda bu maksimumlarning eng kichik qiymati (minimumi) 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 ga teng, ya’ni 𝜆𝜆 𝑛𝑛−𝑝𝑝+1 = 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛𝛾𝛾 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � (7.76) Quyidagi ℎ ta o’zaro bog’liq bo’lmagan bog’lanishlar berilgan bo’lsin 𝐿𝐿 1 0 (𝑥𝑥) = 0, 𝐿𝐿 2 0 (𝑥𝑥) = 0, … , 𝐿𝐿 ℎ 0 (𝑥𝑥) = 0 (7.77) U holda bu bog’lanishlar yordamida 𝑥𝑥 1 , 𝑥𝑥 2 , … , 𝑥𝑥 𝑛𝑛 o’zgaruvchilarni ℎ tasini qolganlari orqali ifodalash mumkin. Qolgan o’zgaruvchilarni 𝑣𝑣 1 , 𝑣𝑣 2 , … , 𝑣𝑣 𝑛𝑛−ℎ lar bilan belgilaymiz. Shuning uchun (7.77) bog’lanishlar qo’yilganda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalarning regulyar dastasi 𝑣𝑣 𝑇𝑇 𝐴𝐴 0 𝑣𝑣 − 𝜆𝜆𝑣𝑣 𝑇𝑇 𝐵𝐵 0 𝑣𝑣 dastaga o’tib, 𝑣𝑣 𝑇𝑇 𝐵𝐵 0 𝑣𝑣 − yana musbat aniqlangan forma bo’ladi. Keying dasta faqat 𝑛𝑛 − ℎ ta o’zgaruvchiga bog’liq bo’lgani uchun u 𝜆𝜆 1 0 ≤ 𝜆𝜆 2 0 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛−ℎ 0 (7.78) 𝑛𝑛 − ℎ ta xarakteristik songa ega bo’ladi. 190 (7.77) bog’lanishlarni qo’yganda barcha o’zgaruvchilarni 𝑛𝑛 − ℎ ta o’zaro bog’liq bo’lmagan 𝑣𝑣 1 , 𝑣𝑣 2 , … , 𝑣𝑣 𝑛𝑛−ℎ lar bilan xar xil ifodalash mumkin. Ammo (7.78) xarakteristik sonlar bu xar xillikka bog’liq bo’lmay, to’la aniqlangan qiymatlarga ega bo’ladi. Bu hech bo’lmaganda xarakteristik sonlarning minimal – makimal xossalaridan kelib chiqadi 𝜆𝜆 1 0 = 𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑣𝑣 𝑇𝑇 𝐴𝐴 0 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑇𝑇 𝐵𝐵 0 𝑣𝑣 = 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 0 , 𝐿𝐿 2 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 � (7.79) va umumiy xolda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 0 𝐵𝐵 0 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � = = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 0 , 𝐿𝐿 2 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 ; 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � (7.80) shu bilan birga (7.80) formulada faqat 𝐿𝐿 1 , 𝐿𝐿 2 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 bog’lanishlar variatsialanadi. Teorema 7.14. Agar 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 , 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formalarning regulyar dastasi xarakteristik sonlar bo’lib, 𝜆𝜆 1 0 ≤ 𝜆𝜆 2 0 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛−ℎ 0 esa shu dastaga ℎ ta o’zaro bog’liq bo’lmagan bog’lanishlar qo’yilgandagi xarakteristik sonlar bo’lsa, u holda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝+ℎ (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛 − ℎ) (7.81) Isboti. 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 tengsizlik (7.70) va (7.80) formulalardan kelib chiqadi. Xaqiqatan, yangi bog’lanishlar qo’shilganda 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � minimum miqdori ortadi yoki o’zgarmay qoladi. Shuning uchun 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � ≤ 𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � bo’lib, bundan 𝜆𝜆 𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 = max � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � kelib chiqadi. 191 (7.81) tengsizlikning ikkinchi qismi quyidagi munosabatga ko’ra o’rinli bo’ladi. 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 = 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � ≤ 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 , 𝐿𝐿 𝑝𝑝 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝+ℎ−1 � = 𝜆𝜆 𝑝𝑝+ℎ. Bu yerda, birinchi qismda faqat 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 bog’lanishlar variatsialanadi, ammo 𝐿𝐿 𝑝𝑝 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝+ℎ−1 lar fiksirlangan 𝐿𝐿 1 0 , … , 𝐿𝐿 ℎ 0 bog’lanishlar bilan almashtiriladi. 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 (7.82) formalarning regulyar dastalari berilgan bo’lib, 𝑥𝑥 ≠ 0 da 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 ≤ 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 bo’lsin. U holda 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴 𝐵𝐵 ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � ≤ 𝑚𝑚𝑣𝑣𝑥𝑥𝜇𝜇 � 𝐴𝐴̃ 𝐵𝐵� ; 𝐿𝐿 1 , … , 𝐿𝐿 𝑝𝑝−1 � (𝑝𝑝 = 1,2, … 𝑛𝑛) bo’ladi. Shuning uchun (7.82) dagi dastalarining xarakteristik sonlarini mos ravishda 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 va 𝜆𝜆̃ 1 ≤ 𝜆𝜆̃ 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑛𝑛 lar bilan belgilab, 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛) tengsizlikka ega bo’lamiz. Demak, quyidagi teorema o’rinli Teorema 7.15. Agar (7.82) regulyar dastalar berilgan bo’lib, 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 va 𝜆𝜆̃ 1 ≤ 𝜆𝜆̃ 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑛𝑛 mos ravishda ularning xarakteristik sonlari bo’lsa, u holda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 ≤ 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴�𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 (7.83) ayniy munosabatdan 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.84) kelib chiqadi. (7.83) tengsizlikda 192 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 bo’lgan xususiy xolni qaraylik. Bu holda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 manfiymas kvadratik forma bo’lib, o’zaro bog’liq bo’lmagan musbat kvadratlar ko’rinishida yozilishi mumkin: 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + ∑ [Χ i (x)] 2 𝑟𝑟 𝑖𝑖=1 U holda r o’zaro bog’liq bo’lmagan 𝑋𝑋 1 (𝑥𝑥) = 0, 𝑋𝑋 2 (𝑥𝑥) = 0, … , 𝑋𝑋 𝑟𝑟 (𝑥𝑥) = 0, bog’lanishlar qo’yganimizda 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 formalar ustma – ust tushib, (7.82) dastalar bir hil 𝜆𝜆 1 0 ≤ 𝜆𝜆 2 0 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛−2 0 xarakteristik ildizlarga ega bo’ladi: (7.82) dagi xar bir dastaga teorema 7.14 ni qo’llab, 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 0 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝+2 (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛 − 2) ga ega bo’lamiz. Bunga (7.84) ni birlashtirib, quyidagi teoremaga kelamiz. Teorema 7.16. Agar (7.82) dagi dastalar uchun 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴̃𝑥𝑥 = 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 + �[Χ i (x)] 2 𝑟𝑟 𝑖𝑖=1 bu yerda 𝑋𝑋 𝑖𝑖 (𝑥𝑥)(𝑖𝑖 = 1,2, … , 𝑟𝑟) - o’zaro bog’liq bo’lmagan chiziqli formalar, (7.84) shart bajarilib, 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 va 𝜆𝜆̃ 1 ≤ 𝜆𝜆̃ 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑛𝑛 mos ravishda ularning xarakteristik sonlari bo’lsa, u holda 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝+𝑟𝑟 (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.85) tengsizlik o’rinli bo’ladi. Xuddi shuningdek quyidagi teoremani ham isbotlash mumkin. Teorema 7.17. Agar 𝜆𝜆 1 ≤ 𝜆𝜆 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆 𝑛𝑛 va 𝜆𝜆̃ 1 ≤ 𝜆𝜆̃ 2 ≤ ⋯ ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑛𝑛 lar mos ravishda 193 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 va 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐴𝐴𝑥𝑥 − 𝜆𝜆𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 dastalarning xarakteristik sonlari bo’lib, 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵�𝑥𝑥 forma 𝑥𝑥 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝑥𝑥 formaga 𝑟𝑟 ta musbat kvadratlarni qo’shib hosil qilinsa, u holda 𝜆𝜆 𝑝𝑝−𝑟𝑟 ≤ 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 ≤ 𝜆𝜆 𝑝𝑝 (𝑝𝑝 = 1,2, … , 𝑛𝑛) (7.86) tengsizlik o’rinli bo’ladi. Eslatma. Agar 𝑟𝑟 ≠ 0 chekli bo’lsa, teorema (7.16) va teorema (7.17) larga mos ravishda qandaydir 𝑝𝑝 da 𝜆𝜆 𝑝𝑝 < 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 va 𝜆𝜆̃ 𝑝𝑝 < 𝜆𝜆 𝑝𝑝 ga ega bo’lamiz. 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