Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

metodich

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
274.46 Кб
Скачать

oBOZNA^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

RE[ENIJ SISTEMY
x = 0, POSLE ^EGO ORTOGONALIZOWATX EGO.

 

 

 

(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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]