metodich
.pdfoBOZNA^IM POSLEDN@@ MATRICU ^EREZ |
C |
|
D1 |
: sTOLBEC b PRINADLE- |
0 |
D2 |
|||
|
|
|
|
|
VIT LINEJNOJ OBOLO^KE STOLBCOW MATRICY A TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA SISTEMA Ax = b IMEET RE[ENIE. tAK KAK PREOBRAZOWANIQ gAUSSA SOOTWETSTWU@T UMNOVENI@ SLEWA NA OBRATIMU@ MATRICU, TO SISTEMY URAWNENIJ
Ax = b I |
C |
x = |
D1 |
0 |
D2 b RAWNOSILXNY. pO\TOMU SISTEMA Ax = b IMEET |
RE[ENIE TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA D2b = 0 (SISTEMA Cx = D1b IMEET RE[ENIE PRI L@BOM b). oTS@DA MOVNO SDELATX SLEDU@]IE WYWODY:
1.dim V1 = rank A = 2;
2.a1, a3 { BAZIS PROSTRANSTWA V1 (SM. ZADA^U 1, 2-J SPOSOB RE[ENIQ);
3.b 2 V1 () D2b = 0.
rASSUVDAQ ANALOGI^NYM OBRAZOM, DLQ PODPROSTRANSTWA V2 IMEEM:
00 |
3 |
3 |
|
0 |
1 |
0 |
01 |
|
00 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
11 |
: |
||||||
|
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|||
|
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 0 |
1 |
1 |
|
||||
B0 1 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1C |
|
B0 0 |
0 |
|
|
|
1 |
|
3 |
0C |
|
||||
1 |
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||||||
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
@ |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
@ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sLEDOWATELXNO:
1.dim V2 = rank B = 2;
2.b1, b3 { BAZIS PROSTRANSTWA V2;
3. b |
2 |
V2 |
() |
1 |
0 |
1 1 |
b = 0. |
|
|
|
0 |
1 |
|
3 0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
w KA^ESTWE BAZISA SUMMY PODPROSTRANSTW MOVNO WYBRATX L@BU@ MAKSIMALXNU@ LINEJNO NEZAWISIMU@ PODSISTEMU SISTEMY WEKTOROW a1, a3, b1, b3, NAPRIMER: a1, a3, b1. rAZMERNOSTX PODPROSTRANSTWA V1 + V2 RAWNA 3. nAJDEM BAZIS I RAZMERNOSTX PERESE^ENIQ PODPROSTRANSTW. eSLI v 2 V1 \ V2, TO ON QWLQETSQ RE[ENIEM OBEIH SISTEM. pO\TOMU V1 \ V2 SOWPADAET S PROSTRANSTWOM RE[ENIJ SISTEMY
0 1 0 |
1 1 |
1b = 0; |
||||||
B |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|||
0 |
1 |
|
3 |
0 |
C |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
1 |
0 |
|
|
1 |
C |
||
@ |
|
|
|
|
|
A |
||
SOSTAWLENNOJ IZ WSEH URAWNENIJ, |
OPREDELQ@]IH V1 I V2. rE[IW EE, PO- |
|||||||
LU^IM b = (2; 3; 1; 1)T , GDE 2 R. |
zNA^IT, dim(V1 \ V2) = 1, A WEKTOR |
|||||||
(2; 3; 1; 1)T OBRAZUET BAZIS V1 \ V2. |
|
|
|
20
zADA^A 4. oRTOGONALIZACIQ DWUH WEKTOROW
dANY STOLBCY a = ( 4; 5; 2; 1)T I b = (5; 3; 4; 3)T. nAJTI STOLBEC c 2 R4, ORTOGONALXNYJ a TAK, ^TOBY LINEJNYE OBOLO^KI ha; ci I ha; bi SOWPADALI.
rE[ENIE. kAK RAZ DLQ \TOJ ZADA^I PREDNAZNA^EN PROCESS ORTOGONALIZACII (SM. 2.5):
c = b |
|
(a; b) a = 0 31 |
|
46 |
0 5 1 = |
021 |
: |
|||||||||
|
|
|
|
B |
5 |
C |
|
|
|
4 |
|
|
1 |
|
|
|
|
(a; a) |
3 |
|
46 |
|
B 1C |
B2C |
|
||||||||
|
|
|
|
B |
4 |
C |
|
|
|
B |
2 |
C |
B C |
|
||
|
|
|
|
@ |
|
A |
|
|
|
@ |
|
A |
@ |
|
A |
|
tAK KAK c = b a ESTX LINEJNAQ KOMBINACIQ a I b, TO c 2 ha; bi. aNALOGI^NO, b 2 ha; ci, OTKUDA ha; ci = ha; bi. lEGKO ZAMETITX, ^TO L@- BOJ WEKTOR, PROPORCIONALXNYJ NAJDENNOMU, TAKVE UDOWLETWORQET USLOWI@ ZADA^I. s DRUGOJ STORONY, ORTOGONALXNOE DOPOLNENIE K WEKTORU a W 2-MERNOM PROSTRANSTWE ha; bi ODNOMERNO, PO\TOMU NIKAKOJ WEKTOR, NE PROPORCIONALXNYJ NAJDENNOMU, NE GODITSQ.
oTWET: c = (1; 2; 2; 2)T , GDE 2 R.
rASSMOTRIM DRUGU@ FORMULIROWKU TOJ VE ZADA^I.
rAZLOVENIE W SUMMU ORTOGONALXNYH WEKTOROW. dANY STOLBCY a = ( 4; 5; 2; 1)T I b = (5; 3; 4; 3)T. rAZLOVITX b W SUMMU DWUH ORTOGONALXNYH STOLBCOW TAK, ^TOBY ODIN IZ NIH BYL PARALLELEN a.
rE[ENIE. pUSTX b = c+ a, PRI^EM c ? a. tOGDA (c; a) = (b a; a) = 0, OTKUDA = ((a;aa;b)) , I MY POLU^AEM TU VE FORMULU DLQ WEKTORA c, ^TO I W PREDYDU]EJ ZADA^E: c = b ((a;aa;b)) a.
oTWET: c = (1; 2; 2; 2)T.
|
zADA^A |
5. oRTOGONALIZACIQ I PSEWDORE[ENIE |
|||||||||
|
|
1 |
4 |
1 |
|
B |
1 |
|
|
||
dANY A = |
B |
1 |
|
1 |
4 C |
I b = |
12C |
: oRTOGONALIZOWATX |
|||
0 1 |
4 |
51 |
0 |
17 |
1 |
||||||
|
|
B |
|
|
|
C |
|
B |
C |
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
@ |
11 |
A Ax = b. |
|||
STOLBCY |
|
@ A |
|
|
A |
|
|
||||
|
MATRICY |
|
I NAJTI PSEWDORE[ENIE SISTEMY |
|
rE[ENIE. wYPOLNIM PERWU@ ^ASTX ZADANIQ, ISPOLXZUQ METOD ORTOGONALIZACII gRAMA{{MIDTA (SM. 2.5). oBOZNA^IM STOLBCY MATRICY A: a1 = ( 1; 1; 1; 1)T; a2 = ( 4; 4; 1; 1)T; a3 = ( 1; 5; 1; 4)T. pOLO-
VIM e1 = a1. wTOROJ WEKTOR I]EM W WIDE e02 = a2 (a2;e1) e1. tOGDA I
(e1;e1)
21
e02 = ( 3=2; 3=2; 3=2; 3=2)T. dLQ UDOBSTWA DALXNEJ[IH WY^ISLENIJ POLO-
VIM e2 = 23 e02 = (1; 1; 1; 1)T. |TO MOVNO SDELATX, TAK KAK UMNOVENIE NA KONSTANTU NE WLIQET NA ORTOGONALXNOSTX WEKTOROW. pOSLEDNIJ WEKTOR
I]EM W WIDE e03 = a3 (a3;e1) e1 (a3;e2) e2. pOLU^AEM e03 = (2; 2; 3=2; 3=2)T.
(e1;e1) (e2;e2)
pOLOVIM e3 = 2e03 = (4; 4; 3; 3)T.
pEREJDEM KO WTOROJ ^ASTI ZADA^I. mOVNO UBEDITXSQ, ^TO SISTEMA Ax = b NESOWMESTNA, HOTQ \TO NE WLIQET NA HOD RE[ENIQ. |TO OZNA^AET, ^TO STOLBEC b NE PRINADLEVIT LINEJNOJ OBOLO^KE STOLBCOW MATRICY A. w \TOM SLU^AE SISTEMA NAZYWAETSQ PEREOPREDELENNOJ. pSEWDORE[ENIEM PEREOPREDELENNOJ SISTEMY LINEJNYH URAWNENIJ NAZYWAETSQ TAKOJ STOLBEC x , ^TO DLINA WEKTORA Ax b MINIMALXNA. dLINA WEKTORA Ax b MINIMALXNA, ESLI ON ORTOGONALEN LINEJNOJ OBOLO^KE STOLBCOW MATRICY A, TO ESTX WEKTOR Ax QWLQETSQ ORTOGONALXNOJ PROEKCIEJ WEKTORA b NA LINEJNU@ OBOLO^KU STOLBCOW MATRICY A (SM. UTWERVDENIE 2.10). wWEDEM OBOZNA^ENIQ: PUSTX V { LINEJNAQ OBOLO^KA STOLBCOW MATRICY A, b { ORTOGONALXNAQ PROEKCIQ WEKTORA b NA PODPROSTRANSTWO V . tAK KAK ORTOGONALXNYJ BAZIS e1; e2; e3 PROSTRANSTWA V UVE IZWESTEN, TO MOVNO NAJTI b , KAK SUMMU PROEKCIJ WEKTORA b NA BAZISNYE WEKTORA ei (SM. 2.6), T. E.
b = (b; e1) e1 + (b; e2) e2 + (b; e3) e3 (e1; e1) (e2; e2) (e3; e3)
(FORMULA WERNA TOLXKO DLQ ORTOGONALXNOGO BAZISA!).
pOLU^IM b = (2; 14; 7; 16)T. oSTALOSX RE[ITX SISTEMU Ax = b .
oTWET: ORTOGONALIZOWANNYE STOLBCY MATRICY A:
e1 = ( 1; 1; 1; 1)T; e2 = (1; 1; 1; 1)T; e3 = (4; 4; 3; 3)T:
pSEWDORE[ENIE SISTEMY: x = (5; 1; 3)T.
zAME^ANIE 1. wY^ISLENIQ WO WTOROJ ^ASTI ZADA^I MOVNO NESKOLXKO UPROSTITX. w PROCESSE WY^ISLENIJ MY NAHODIM STOLBEC KOORDINAT WEK-
TORA b W BAZISE e, ON SOSTOIT IZ ^ISEL (b;ei) . iZ PROCESSA ORTOGONALI-
(ei;ei)
ZACII LEGKO IZWLE^X WYRAVENIQ WEKTOROW ai ^EREZ ei, T. E. MATRICU PEREHODA Ce!a, I UBEDITXSQ W TOM, ^TO ONA TREUGOLXNAQ. rE[AEM SISTEMU Ce!aba = be I IZ RAWENSTWA Ax = b ZAME^AEM, ^TO x KAK RAZ I QWLQETSQ STOLBCOM KOORDINAT WEKTORA b W BAZISE, SOSTAWLENNOM IZ STOLBCOW MATRICY A. uPRO]ENIE WY^ISLENIJ SOSTOIT W TOM, ^TO DOSTATO^NO RE- [ITX SISTEMU S TREUGOLXNOJ MATRICEJ, ^TO NA PORQDOK PRO]E RE[ENIQ PROIZWOLXNOJ SISTEMY.
22
zAME^ANIE 2. dLQ NAHOVDENIQ PSEWDORE[ENIQ SISTEMY MOVNO WOS-
POLXZOWATXSQ FORMULOJ x = (ATA) 1ATb, T. E. DOSTATO^NO RE[ITX SISTEMU LINEJNYH URAWNENIJ (ATA)x = ATb (ESLI STOLBCY MATRICY A LINEJNO NEZAWISIMY, TO MATRICA ATA NEWYROVDENNAQ). oDNAKO KOLI^ESTWO WY^ISLENIJ PRI ISPOLXZOWANII \TOGO SPOSOBA RE[ENIQ PRIMERNO RAWNO KOLI^ESTWU WY^ISLENIJ PRI RE[ENII S ISPOLXZOWANIEM ORTOGONALIZACII I ZAME^ANIQ 1.
zADA^A 6. dOPOLNENIE DO ORTOGONALXNOGO BAZISA
pODPROSTRANSTWO V 6 R4 NATQNUTO NA WEKTORA: a1 = (1; 1; 2; 2)T I a2 = (10; 4; 1; 1)T. oRTOGONALIZOWATX BAZIS W V I DOPOLNITX EGO DO ORTOGONALXNOGO BAZISA W R4.
rE[ENIE. oRTOGONALIZUEM WEKTORA a1 I a2 IH S POMO]X@ PROCESSA gRAMA{{MIDTA (SM. 2.5):
b1 = a1; b2 = a2 (a2; b1)b1 (b1; b1)
= |
011 |
|
10 |
0 4 1 |
= 3 0 11 |
: |
|||||
|
1 |
|
|
|
10 |
|
B |
3 |
C |
|
|
|
B2C |
|
10 |
B 1C |
1 |
|
|||||
|
B C |
|
|
|
B |
1 |
C |
B |
1 |
C |
|
|
2 |
|
|
|
@ |
A |
@ |
A |
|
||
|
@ A |
|
|
|
|
|
|
dALEE BUDEM BRATX PROIZWOLXNYE WEKTORA IZ R4, DOBAWLQTX IH K POLU^ENNOMU RANEE NABORU b1; b2; : : : I PRIMENQTX K NIM PROCESS ORTOGONALIZACII. eSLI POLU^IW[IJSQ W REZULXTATE ORTOGONALIZACII WEKTOR BUDET NENULEWYM, TO PRISOEDINIM EGO K NA[EMU NABORU, W PROTIWNOM SLU^AE PROSTO WOZXMEM DRUGOJ PROIZWOLXNYJ WEKTOR. pREKRATIM PROCESS, KOGDA KOLI^ESTWO POLU^ENNYH NENULEWYH POPARNO ORTOGONALXNYH WEKTOROW STANET RAWNYM RAZMERNOSTI PROSTRANSTWA, T. E. ^ETYREM. dLQ TOGO ^TOBY GARANTIROWATX, ^TO PROCESS ZAKON^ITSQ (T. E., ^TO MY NE BUDEM WSE WREMQ WYBIRATX PROIZWOLXNYJ WEKTOR IZ LINEJNOJ OBOLO^KI RANEE POLU^ENNYH), DOSTATO^NO PEREBIRATX WEKTORA IZ KAKOGO-NIBUDX BAZISA PROSTRANSTWA R4. dLQ UPRO]ENIQ WY^ISLENIJ BUDEM PEREBIRATX WEKTORA STANDARTNOGO BAZISA. zAMETIM TAKVE, ^TO PROEKCIQ WEKTORA a NA WEKTOR b RAWNA EGO PROEKCII NA WEKTOR b PRI L@BOM > 0, ^TO TAKVE BUDET ISPOLXZOWATXSQ DLQ UPRO]ENIQ WY^ISLENIJ. iTAK:
b3 = e1 |
|
(e1; b1)b1 |
(e1; b2)b2 |
= |
001 |
1 |
011 |
3 |
0 11 |
= |
1 |
0 71; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
B |
3 |
C |
|
|
B |
3 |
C |
|
(b1; b1) (b2; b2) |
|
B0C |
10 |
B2C |
12 |
|
1 |
|
20 |
1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
B C |
|
B C |
|
|
B |
|
C |
|
|
B |
|
C |
||
|
|
|
|
|
|
|
@ |
0 |
A |
|
2 |
|
|
@ |
1 |
A |
|
|
@ |
1 |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ A |
|
|
|
|
|
|
23
|
|
|
(e2; b1) |
(e2; b2) |
|
|
(e2; b3) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
b4 = e2 |
|
|
b1 |
|
|
|
b2 |
|
|
b3 = |
|
|
|
|
|
|||||||||||
(b1; b1) |
(b2; b2) |
(b3; b3) |
|
001 |
: |
|||||||||||||||||||||
= |
011 |
|
1 |
011 |
1 |
0 11 |
|
7 |
0 71 = |
|||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
C |
|
|
|
B |
3 |
C |
|
0 |
|
|
|||
|
B0C |
|
10 |
B2C |
12 |
B |
1 |
|
60 |
|
1 |
B0C |
|
|||||||||||||
|
B |
|
C |
|
|
B C |
|
|
|
B |
|
C |
|
|
|
B |
|
C |
B C |
|
||||||
|
@ |
0 |
A |
|
|
2 |
|
|
|
@ |
1 |
A |
|
|
|
@ |
1 |
A |
@ |
0 |
A |
|
||||
|
|
|
|
@ A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tAK KAK OKAZALOSX, ^TO b4 = 0, TO OTBRASYWAEM e2 (KAK OKAZALOSX, ON LEVIT W LINEJNOJ OBOLO^KE hb1; b2; b3i) I PERES^ITYWAEM b4, ISHODQ IZ e3:
|
|
(e3; b1) |
(e3; b2) |
|
(e3; b3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
b4 = e3 |
|
|
|
b1 |
|
|
|
b2 |
|
|
|
b3 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
(b1; b1) |
(b2; b2) |
(b3; b3) |
= 1 |
0 0 1 |
: |
|||||||||||||||||||||
= |
001 |
2 |
011 |
1 |
|
0 11 |
1 0 71 |
|||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
B |
3 |
60 B |
3 |
C |
|
|
B |
0 |
|
|
|||||||
|
B0C |
10 |
B2C |
12 |
1 |
C |
1 |
2 |
|
1C |
|
|||||||||||||||
|
B C |
|
B C |
|
B C |
|
B C |
|
|
B |
|
C |
|
|||||||||||||
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
@ |
1 |
A |
@ |
1 |
A |
|
|
@ |
1 |
A |
|
||||||
|
@ A |
|
|
@ A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
oTWET: ORTOGONALXNYJ BAZIS V : |
b1 = (1; 1; 2; 2)T, b2 = 3( 3; 1; 1; 1)T. |
oN DOPOLNQETSQ DO ORTOGONALXNOGO BAZISA PROSTRANSTWA R4 WEKTORAMI b3 = 201 (3; 7; 1; 1)T, b4 = 12 (0; 0; 1; 1)T.
zAME^ANIE 1. qSNO, ^TO WEKTORA b3 I b4 OBRAZU@T ORTOGONALXNYJ BA-
ZIS PROSTRANSTWA V ?. pO\TOMU ALXTERNATIWNYJ SPOSOB NAHOVDENIQ \TIH WEKTOROW SOSTOIT W TOM, ^TOBY NAJTI BAZIS V ? KAK BAZIS PROSTRANSTWA
bT1 bT2
zADA^A 7. wYBOR BAZISA I NAHOVDENIE MATRICY OPERATORA
pUSTX V { LINEJNOE PROSTRANSTWO WSEH WE]ESTWENNYH MATRIC 2 2 SO SLEDOM 0. wYBERITE BAZIS W PROSTRANSTWE V I NAJDITE MATRICU OPERATORA
L W \TOM BAZISE, ESLI L(A) = |
1 |
4 |
A |
|
A |
1 |
4 . |
|
2 |
4 |
|
|
2 |
4 |
rE[ENIE. sLED RASSMATRIWAEMYH MATRIC RAWEN 0, A ZNA^IT \LEMENTY PROSTRANSTWA IME@T WID
A = |
c a |
= a |
0 |
1 |
+ b |
0 |
0 |
+ c |
1 |
0 |
: |
|
a b |
|
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
24
pO\TOMU RAZMERNOSTX PROSTRANSTWA V RAWNA 3 I W KA^ESTWE BAZISA e MOVNO WZQTX NABOR \LEMENTOW
e1 |
= |
0 |
1 |
; |
e2 |
= |
0 |
0 |
; |
e3 |
= |
1 |
0 |
: |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
0 |
0 |
|
wYBRANNYJ BAZIS HORO[ TEM, ^TO STOLBEC KOORDINAT L@BOGO \LEMENTA PROSTRANSTWA W \TOM BAZISE WIDEN SRAZU: DLQ PRIWEDENNOJ WY[E MATRICY A STOLBEC KOORDINAT Ae = (a; b; c)T.
sTOLBCAMI MATRICY LINEJNOGO OPERATORA QWLQ@TSQ STOLBCY KOORDINAT OBRAZOW BAZISNYH WEKTOROW, T. E. i-J STOLBEC MATRICY Le RAWEN L(ei)e
(SM. 3.4). nAJDEM OBRAZY BAZISNYH WEKTOROW: |
5 |
4 |
|||||
4 |
0 |
|
|
0 |
2 |
||
L(e1) = 0 |
8 ; |
|
L(e2) = 2 |
5 ; |
L(e3) = 4 |
0 : |
|
zAPI[EM STOLBCY KOORDINAT: L(e1) = (0; 8; 4)T; L(e2) = ( 2; 5; 0)T; |
|||||||
L(e3) = ( 4; 0; 5)T. |
5 |
0 |
1: |
|
|
|
|
oTWET: Le = |
08 |
|
|
|
|||
|
0 |
2 |
4 |
|
|
|
|
|
@4 |
0 |
5A |
|
|
|
zADA^A 8. mATRICA OPERATORA PROEKTIROWANIQ
wY^ISLITX MATRICU LINEJNOGO OPERATORA A, PROEKTIRU@]EGO WEKTORA TREHMERNOGO GEOMETRI^ESKOGO PROSTRANSTWA V NA PLOSKOSTX P : 3x y = 0
(
PARALLELXNO PRQMOJ ` : x + y + 2z = 0, W STANDARTNOM BAZISE.
x+ z = 0
rE[ENIE. zADA^A IMEET SMYSL, |
ESLI P \ ` = f0g. dEJSTWITELX- |
|||||
|
|
> |
x |
y + 2z = 0 |
|
|
NO, RE[IW ODNORODNU@ SISTEMU |
<3x y |
= 0 |
, OPREDELQ@]U@ PODPRO- |
|||
8 x + |
|
+ z = 0 |
||||
\ |
|
: |
|
|
|
|
STRANSTWO P `, UBEVDAEMSQ, |
^TO ONA IMEET EDINSTWENNOE NULEWOE RE[E |
|||||
|
> |
|
|
|
- |
NIE. sUMMA RAZMERNOSTEJ PLOSKOSTI I PRQMOJ RAWNA 3, T. E. RAZMERNOSTI V . sLEDOWATELXNO, V RASKLADYWAETSQ W PRQMU@ SUMMU: V = P ` (SM. OPREDELENIE 1.15). zNA^IT, OB_EDINENIE BAZISOW PLOSKOSTI I PRQMOJ ESTX BAZIS W V . nAHODQ BAZIS PROSTRANSTWA RE[ENIJ ODNORODNOJ SISTEMY (SM. ZADA^U 2), WYBEREM BAZIS PLOSKOSTI: f1 = (0; 0; 1)T; f2 = (1; 3; 0)T I BAZIS PRQMOJ: f3 = (1; 1; 1)T. mATRICA OPERATORA A MOVET BYTX LEGKO SOSTAWLENA W BAZISE f = (f1; f2; f3). dEJSTWITELXNO, PO OPREDELENI@ PROEKTIROWANIQ, WEKTORA PLOSKOSTI P PEREHODQT W SEBQ, A WEKTORA S PRQMOJ
25
` PEREHODQT W 0. |
pO\TOMU A(f1) = f1, A(f2) = f2, A A(f3) = 0, OTKUDA |
||||||||||
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Af = 00 |
1 |
01 |
(SM. 3.4, A TAKVE ZADA^U 7). |
|
|
|
e |
|
f |
||
@ |
0 |
A |
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sOSTAWIM MATRICU PEREHODA OT STANDARTNOGO BAZISA |
|
K BAZISU |
I |
||||||||
NAJDEM OBRATNU@ K NEJ: |
|
1 1; Cf!e = |
|
|
0 1 1 |
01 |
|
||||
|
Ce!f = 00 |
3 |
2 |
|
|||||||
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
3 1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
@1 |
0 |
1A |
|
|
@ 3 1 |
0A |
|
|
|
|
|
|
|
|
(PODROBNEE O NAHOVDENII MATRIC PEREHODA SM. P. 1 ZADA^I 9). dLQ TOGO ^TOBY NAJTI MATRICU OPERATORA PROEKTIROWANIQ W STANDARTNOM BAZISE OSTALOSX WOSPOLXZOWATXSQ FORMULOJ 3.5, SWQZYWA@]EJ MATRICY OPERATORA W RAZLI^NYH BAZISAH:
Ae =Ce!f Af Cf!e = 2 |
00 |
3 |
1 |
100 |
1 |
010 1 1 |
01= |
2 |
0 3 |
3 |
01: |
|||
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 3 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
0 |
||
|
|
@1 |
0 |
1A@0 |
0 |
0A@ 3 |
1 |
0A |
|
@ 3 1 |
2A |
|||
|
|
|
zADA^A 9. wEKTORA I OPERATORY W R3
pUSTX e { STANDARTNYJ BAZIS W R3, f1 = (1; 1; 1)T, f2 = ( 1; 1; 2)T, f3 = ( 2; 1; 0)T. dANY LINEJNYE OPERATORY A I B, IME@]IE W BAZISE e
SLEDU@]IE MATRICY: |
7 |
3 1 |
|
|
0 3 |
18 |
161 |
|
|
Ae = |
0 5 |
; |
Be = |
; |
|||||
|
13 |
15 |
3 |
|
|
5 |
10 |
10 |
|
|
@ 7 |
25 |
13A |
|
|
@ 3 |
18 |
16A |
|
IWEKTOR x c KOORDINATAMI xe = (1; 7; 9)T.
1.pROWERXTE, ^TO f = (f1; f2; f3) { BAZIS W R3 I NAJDITE MATRICY PEREHODA Ce!f , Cf!e.
2.oPREDELITE KOORDINATY WEKTORA y = A B(x) W BAZISE f.
3.oBRATIMY LI OPERATORY A I B?
4.nAJDITE MATRICY OPERATORA A 1 W BAZISAH e I f.
5.nAJDITE RAZMERNOSTX QDRA I OBRAZA OPERATORA B.
6.pOSTROJTE ORTONORMIROWANNYJ BAZIS QDRA I OBRAZA OPERATORA B.
7.nAJDITE SOBSTWENNYE ^ISLA I SOBSTWENNYE WEKTORA OPERATOROW A I B.
8.wYPI[ITE MATRICY OPERATOROW A I B W BAZISE IZ SOBSTWENNYH WEKTOROW.
26
rE[ENIE. |
0 |
|
1 |
2 |
|
|
1 |
|
|||
1. iZ STOLBCOW f1; f2; f3 SOSTAWIM MATRICU C = |
1 |
1 |
11. wEK- |
||
|
@ 1 |
2 |
0 |
A |
TORA f1; f2; f3 OBRAZU@T BAZIS W R3 TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA MATRICA C OBRATIMA. tAK KAK NAM WSE RAWNO PRIDETSQ WY^ISLQTX OBRATNU@ K C MATRICU, TO DOKAZYWATX SEJ^AS, ^TO ONA SU]ESTWUET (NAPRIMER S^ITATX OPREDELITELX C), NE OBQZATELXNO. dLQ MATRICY PEREHODA WYPOLNENO SOOTNO[ENIE (e1; e2; e3)Ce!f = (f1; f2; f3); T. E. SOSTAWLENNAQ NAMI MATRICA C I ESTX Ce!f . mATRICA OBRATNOGO PEREHODA MOVET BYTX POLU^ENA ISHODQ
IZ SOOTNO[ENIQ Cf!e |
= Ce!1f . |
nAJDEM OBRATNU@ K C MATRICU METODOM |
||||||||||||||||
gAUSSA: |
|
|
|
|
|
|
0 1 |
01 00 |
1 |
0 |
1 2 |
11 |
; |
|||||
0 1 1 1 |
||||||||||||||||||
|
1 1 |
2 1 0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
|
2 4 |
1 |
|
||||||
|
1 2 |
|
0 |
|
0 0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 1 |
0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
@ |
|
|
|
|
A |
|
||
@ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OTKUDA Cf!e = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 1 |
2 |
11 |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
e, |
- |
|
2. CNA^ALA@NAJDEM |
A |
|
|
|
|
|
|
W BAZISE |
||||||||||
|
|
|
|
|
KOORDINATY WEKTORA |
|
A ZATEM S PO |
MO]X@ UVE IZWESTNOJ MATRICY PEREHODA Cf!e NAJDEM EGO KOORDINATY W BAZISE f. mATRICA KOMPOZICII OPERATOROW A B W BAZISE e RAWNA PROIZWEDENI@ MATRIC OPERATOROW Ae I Be. tOGDA
ye = AeBexe = (15; 15; 75)T = 15(1; 1; 5)T;
A yf = Cf!eye = 15( 3; 4; 0)T. oTWET: yf = ( 45; 60; 0)T.
zAME^ANIE 1. pRI WY^ISLENII PROIZWEDENIQ AeBexe WYGODNEE SNA^A- LA UMNOVITX Be NA xe, A POTOM Ae NA REZULXTAT PREDYDU]EJ OPERACII (POS^ITAJTE KOLI^ESTWO UMNOVENIJ!).
3. oPERATOR OBRATIM TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA EGO MATRICA (W L@BOM BAZISE) OBRATIMA, T. E. EE OPREDELITELX NE RAWEN 0.
det Ae = 13 |
25 |
13 |
( 15) |
7 |
13 |
+ 3 |
7 |
25 |
= 224: |
|||||
|
7 |
3 |
|
|
|
5 |
3 |
|
|
|
5 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W TO WREMQ KAK det Be = 0, TAK KAK DWE |
POSLEDNIE |
STROKI |
MATRICY Be |
ODINAKOWY.
oTWET: A { OBRATIM, B { NET.
27
4. w PREDYDU]EM PUNKTE MY WYQSNILI, ^TO OPERATOR A OBRATIM. mATRICA OBRATNOGO OPERATORA A 1 W BAZISE e QWLQETSQ OBRATNOJ K Ae. w DANNOM SLU^AE CELESOOBRAZNO RAZYSKIWATX OBRATNU@ MATRICU S POMO]X@
ALGEBRAI^ESKIH DOPOLNENIJ. pOLU^AEM |
|
|
|
0 11 |
|
61 |
|
|||||
Ae 1 = 224 |
0 44 |
148 |
241 |
= |
56 |
37 |
: |
|||||
1 |
|
16 |
120 |
24 |
|
1 |
|
4 |
30 |
6 |
|
|
|
|
|
@ 76 |
220 |
16A |
|
|
|
@ 19 |
55 |
4A |
|
|
|
|
|
|
|
|
dLQ TOGO ^TOBY NAJTI MATRICU OPERATORA A 1 W BAZISE f, WOSPOLXZUEMSQ FORMULOJ 3.5, SWQZYWA@]EJ MATRICY OPERATORA W RAZLI^NYH BAZISAH:
Af 1 = Cf!eAe 1Ce!f = 56 |
0 1 |
2 |
110 11 |
37 |
610 |
1 |
1 |
11 |
= |
|||
1 |
|
2 |
4 |
1 |
4 |
30 |
6 |
1 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
@ 1 |
1 |
0A@ 19 |
55 |
4A@ 1 2 |
0 A |
|
|||
|
|
|
|
0 1
1104 120 33
|
|
@ |
72 |
82 |
25 |
A: |
|
= 56 |
|||||||
0 |
0 |
7 |
mOVNO, KONE^NO, SNA^ALA NAJTI MATRICU OPERATORA A W BAZISE f, A ZATEM ISKATX OBRATNU@ K NEJ.
zAME^ANIE 2. dLQ WY^ISLENIQ OPREDELITELQ MY WOSPOLXZOWALISX FORMULOJ RAZLOVENIQ PO STOLBCU, A DLQ NAHOVDENII OBRATNOJ MATRICY { ALGEBRAI^ESKIMI DOPOLNENIQMI, POTOMU ^TO MATRICA Ae NEUDOBNA DLQ RU^- NOGO S^ETA METODOM gAUSSA (NET NI ODNOJ EDINICY, S POMO]X@ KOTOROJ MOVNO BYLO BY LEGKO POLU^ITX NULI). dLQ MATRIC 2 2 ILI 3 3 KOLI^ESTWO WY^ISLENIJ PRI TAKOM PODHODE NENAMNOGO BOLX[E, ^EM PRI ISPOLXZOWANII METODA gAUSSA. oDNAKO NIKOGDA NE POLXZUJTESX TAKOGO RODA WY^ISLENIQMI DLQ MATRIC BOLEE WYSOKOGO PORQDKA!
5. pOSKOLXKU OBRAZ OPERATORA UMNOVENIQ NA MATRICU ESTX LINEJNAQ OBOLO^KA STOLBCOW MATRICY, TO ZADA^A OTYSKANIQ RAZMERNOSTI Im B SWODITSQ K NAHOVDENI@ RANGA MATRICY Be. wY^ISLENIQ POKAZYWA@T, ^TO dim Im B = rank Be = 2. sUMMA RAZMERNOSTEJ QDRA I OBRAZA LINEJNOGO OPERATORA RAWNA RAZMERNOSTI PROSTRANSTWA, W KOTOROM ON DEJSTWUET. tAK KAK OPERATOR B DEJSTWUET W R3, TO dim Ker B = 1.
6. oSU]ESTWLQQ \LEMENTARNYE PREOBRAZOWANIQ NAD STOLBCAMI MATRICY Be, TAKVE KAK I W ZADA^E 1 NAJDEM BAZIS OBRAZA OPERATORA B:
28
Be = |
0 3 |
18 |
161 0 3 |
12 |
101 0 3 |
1 |
01 |
; |
||
|
5 |
10 |
10 |
5 |
0 0 |
5 |
0 |
0 |
|
|
|
@ 3 |
18 |
16A @ 3 |
12 |
10A @ 3 |
1 |
0A |
|
OTKUDA g1 = (0; 1; 1)T, g2 = ( 5; 3; 3)T. oRTOGONALIZUQ STOLBCY g1; g2,
POLOVIM h1 = g1 I h2 = g2 (g2;h1) h1 = ( 5; 0; 0)T (MY NAMERENNO IZMENI-
(h1;h1)
LI ESTESTWENNYJ PORQDOK STOLBCOW g1 I g2, ^TOBY UPROSTITX WY^ISLENIQ).
oSTALOSX NORMIROWATX WEKTORA h1 I h2. pO FORMULE vi = |
hi |
POLU^A- |
|||||
khik |
|||||||
EM: ORTONORMIROWANNYJ BAZIS OBRAZA OPERATORA B SOSTOIT IZ WEKTOROW |
|||||||
1 |
|
T |
|
T |
|
|
|
v1 = p |
|
(0; 1; 1) |
|
I v2 = ( 1; 0; 0) . |
|
|
|
2 |
|
|
|
||||
qDRO OPERATORA B PO OPREDELENI@ ESTX PROSTRANSTWO RE[ENIJ ODNO- |
|||||||
RODNOJ SISTEMY Bex = 0. |
rE[IM \TU SISTEMU METODOM gAUSSA. |
nAJDEM |
WEKTOR (2; 5; 6)T, OBRAZU@]IJ BAZIS QDRA (SM. ZADA^U 2). tAK KAK ON ODIN, TO ORTOGONALIZOWYWATX NE^EGO. nORMIRUEM EGO. oKON^ATELXNO, ORTONORMIROWANNYJ BAZIS Ker B SOSTOIT IZ ODNOGO WEKTORA p165 (2; 5; 6)T.
7. sOSTAWIM HARAKTERISTI^ESKIJ MNOGO^LEN OPERATORA A:
A( ) = det(Ae |
E) = |
5 |
|
7 |
|
3 |
= |
|
3+19 2 |
|
116 +224: |
|
|
13 |
15 |
13 |
3 |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
25 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pOPROBUEM NAJTI RACIONALXNYE KORNI \TOGO MNOGO^LENA. tAK KAK STAR- [IJ KO\FFICIENT MNOGO^LENA A RAWEN 1, TO RACIONALXNYE KORNI QWLQ- @TSQ CELYMI DELITELQMI SWOBODNOGO ^LENA 224 = 25 7 (DANNOE ZADANIE SOSTAWLENO TAK, ^TO HARAKTERISTI^ESKIJ MNOGO^LEN IMEET CELYE KORNI, INA^E PRI[LOSX BY ZADEJSTWOWATX PRIBLIVENNYE WY^ISLENIQ ILI MATERIAL, NE WHODQ]IJ W PROGRAMMU). nETRUDNO ZAMETITX, ^TO OTRICATELXNYE ^ISLA NE MOGUT BYTX KORNQMI MNOGO^LENA A. pROWERIW PO O^EREDI POLOVITELXNYE DELITELI ^ISLA 224, NAHODIM KORENX 1 = 4. rAZDELIW A( ) NA 4 POLU^AEM A( ) = ( 4)( 2 + 15 56), OTKUDA NAHODIM OSTALXNYE KORNI: 2 = 7 I 3 = 8.
zAME^ANIE 3. nA SAMOM DELE PODSTANOWKU ^ISLA W MNOGO^LEN LU^[E PROIZWODITX PO SHEME gORNERA, POLXZUQSX TEM FAKTOM, ^TO p( ) RAWNO OSTATKU OT DELENIQ p(t) NA (t ). pRI TAKOM PODHODE RAZLOVENIE MNOGO- ^LENA NA MNOVITELI POLU^AETSQ AWTOMATI^ESKI, KAK TOLXKO NAJDEN EGO KORENX. kROME SU]ESTWENNOGO SOKRA]ENIQ WY^ISLENIJ, SHEMA gORNERA IMEET E]E ODNO PREIMU]ESTWO { EE O^ENX LEGKO PROGRAMMIROWATX.
29