metodich
.pdfsOBSTWENNYE ^ISLA { \TO KORNI HARAKTERISTI^ESKOGO MNOGO^LENA. zNA^IT, OPERATOR A IMEET TRI SOBSTWENNYH ^ISLA: 1 = 4; 2 = 7 I
3 = 7. |
sOBSTWENNOE PODPROSTRANSTWO, OTWE^A@]EE SOBSTWENNOMU ^IS- |
||||||||||||
LU , PREDSTAWLQET SOBOJ |
PROSTRANSTWO RE[ENIJ |
ODNORODNOJ |
SISTEMY |
||||||||||
(A E)x = 0. rE[IM \TU SISTEMU DLQ KAVDOGO SOBSTWENNOGO ^ISLA. |
|
||||||||||||
a) 1 |
= 4: |
05 |
11 |
310x21 |
= |
001 |
|
0x21 |
= |
011 |
, |
||
|
|
|
9 |
15 |
3 |
x1 |
|
0 |
|
x1 |
|
1 |
|
GDE |
2 R |
.@7 25 |
9A@x3A |
|
@0A |
() |
@x3A |
|
@2A |
|
|||
|
|
6 |
15 |
3 |
x1 |
|
0 |
|
x1 |
|
1 |
|
|
b) 2 |
= 7: |
05 |
14 |
310x21 |
= |
001 |
|
0x21 |
= |
011 |
, |
||
GDE |
2 R |
.@7 25 |
6A@x3A |
|
@0A |
() |
@x3A |
|
@3A |
|
|||
|
|
5 |
15 |
3 |
x1 |
|
0 |
|
x1 |
|
0 |
|
|
c) 3 |
= 8: |
05 |
15 |
310x21 |
= |
001 |
|
0x21 |
= |
011 |
, |
||
GDE |
2 R |
.@7 |
25 |
5A@x3A |
|
@0A |
() |
@x3A |
|
@5A |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pO OPREDELENI@, SOBSTWENNYE WEKTORA { \TO NENULEWYE \LEMENTY SOBSTWENNOGO PODPROSTRANSTWA, PO\TOMU W OTWETE U^ITYWAEM, ^TO 6= 0.
wY^ISLENIQ DLQ OPERATORA B POLNOSTX@ ANALOGI^NY, PO\TOMU ONI OPU]ENY.
oTWET: SOBSTWENNYE ^ISLA OPERATORA A: 1 = 4; 2 = 7; 3 = 7. sOBSTWENNYE WEKTORA OPERATORA A: u1 = (1; 1; 2)T ; u2 = (1; 1; 3)T ; u3 = (0; 1; 5)T ; GDE 2 R n f0g.
sOBSTWENNYE ^ISLA OPERATORA B: 1 = 0; 2 = 2; 3 = 5. sOBSTWENNYE WEKTORA OPERATORA B: v1 = (2; 5; 6)T ; v2 = (0; 1; 1)T ;
v3 = (1; 1; 1)T ; GDE 2 R n f0g.
zAME^ANIE 4. tAK KAK OPREDELITELX OPERATORA B RAWEN 0, A OPREDELITELX L@BOGO OPERATORA RAWEN PROIZWEDENI@ SOBSTWENNYH ^ISEL (S U^ETOM KRATNOSTI), TO OPERATOR B GARANTIROWANNO IMEET SOBSTWENNOE ^ISLO 0. pO\TOMU WY^ISLENIQ EGO SOBSTWENNYH ^ISEL ZAWEDOMO PRO]E, ^EM DLQ A.
8. pOSKOLXKU SOBSTWENNYE WEKTORA, PRINADLEVA]IE POPARNO RAZLI^- NYM SOBSTWENNYM ZNA^ENIQM, LINEJNO NEZAWISIMY, TO NABORY WEKTOROW u = (u1; u2; u3) I v = (v1; v2; v3) QWLQ@TSQ BAZISAMI W PROSTRANSTWE R3. w BAZISE IZ SOBSTWENNYH WEKTOROW MATRICA OPERATORA DIAGONALXNA, PRI^EM PO DIAGONALI STOQT SOBSTWENNYE ^ISLA, A IH PORQDOK SOOTWETSTWUET PORQDKU SOBSTWENNYH WEKTOROW (W \TOM LEGKO UBEDITXSQ, WOSPOLXZOWAW[ISX
30
RASSUVDENIQMI, PRIWEDENNYMI W ZADA^E 7, I OPREDELENIEM SOBSTWENNOGO
WEKTORA 4.1). |
00 |
|
01, Bv = |
00 |
2 |
|
1. |
oTWET: Au = |
7 |
0 |
|||||
|
4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
@0 |
0 |
8A |
@0 |
0 |
5A |
zADA^A 10. kWADRATNOE MATRI^NOE URAWNENIE
nAJTI MATRICU X S NAIBOLX[IMI SOBSTWENNYMI ^ISLAMI, UDOWLETWORQ@]U@ URAWNENI@
X2 |
4X = |
0 8 |
4 |
1 1 |
: |
|
|
3 |
1 |
1 |
|
|
|
@ 8 |
8 |
3A |
|
rE[ENIE. oBOZNA^IM MATRICU W PRAWOJ ^ASTI URAWNENIQ ^EREZ B. zAMETIM, ^TO BX = XB (MATRICA X PERESTANOWO^NA S X2 4X). eSLI BY MATRICA B BYLA DIAGONALXNOJ S RAZLI^NYMI ^ISLAMI NA DIAGONALI, TO IZ USLOWIQ PERESTANOWO^NOSTI MATRICA X TOVE DOLVNA BYLA BY BYTX DIAGONALXNOJ ( (BX)ij = (XB)ij () biixij = xijbjj, OTKUDA PRI i 6= j IMEEM xij = 0, TAK KAK bii 6= bjj). dLQ DIAGONALXNYH VE MATRIC URAWNENIE LEGKO RE[AETSQ. sLEDOWATELXNO, DLQ RE[ENIQ ZADA^I DOSTATO^NO NAJTI BAZIS, W KOTOROM MATRICA B DIAGONALXNA. tAKOJ BAZIS (ESLI ON ESTX) QWLQETSQ BAZISOM IZ SOBSTWENNYH WEKTOROW. pO\TOMU SNA^ALA MY I]EM SOBSTWENNYE ^ISLA I SOBSTWENNYE WEKTORA MATRICY B (SM. PP. 7 I 8 ZADA^I 9).
mATRICA B IMEET TRI RAZLI^NYH SOBSTWENNYH ^ISLA: 1 = 4,2 = 3 I 3 = 5. iM SOOTWETSTWU@T SOBSTWENNYE WEKTORA u1 = (1; 1; 0)T, u1 = (1; 1; 1)T I u1 = (0; 1; 1)T. iTAK, MATRICA B W BAZISE u = (u1; u2; u3)
|
0 |
4 |
0 |
0 |
|
|
|
IZ SOBSTWENNYH WEKTOROW IMEET WID Bu = |
0 |
3 |
01. |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
5 |
|
PO |
|
wYPOLNENIE ISHODNOGO SOOTNO[ENIQ |
NE ZAWISIT O WYBORA BAZISA |
, |
- |
||||
@ |
|
|
A |
|
\TOMU Xu2 4Xu = Bu I, KAK BYLO OTME^ENO WY[E, MATRICA Xu DIAGONALX-
NA. pUSTX Xu = |
0 |
|
0 |
0 |
1. tOGDA DLQ KAVDOGO i = 1; 2; 3 WYPOLNENO |
01 |
2 |
0 |
|||
|
@ |
|
|
|
A |
00 3
SOOTNO[ENIE 2i 4 i = i. nAHODIM 1 = 2, 2 = 1 ILI 3, A 3 = 1 ILI 5. o^EWIDNO, ^TO i QWLQ@TSQ SOBSTWENNYMI ^ISLAMI MATRICY Xu, A ZNA^IT I MATRICY X (SOBSTWENNYE ^ISLA NE ZAWISQT OT WYBORA BAZISA). pO USLOWI@ NEOBHODIMO WYBRATX NAIBOLX[IE WOZMOVNYE i, T. E. 1 = 2,
2 = 3, A 3 = 5.
31
tEPERX, KOGDA MY NA[LI MATRICU Xu, DLQ NAHOVDENIQ X = Xe NADO NAJTI MATRICY PEREHODA Ce!u I Cu!e. kAK OBY^NO (SM. P. 1 ZADA^I 9), MATRICA PEREHODA OT STANDARTNOGO BAZISA K BAZISU u SOSTOIT IZ STOLBCOW BAZISA u, A Cu!e = Ce!1u. pOSLE NAHOVDENIQ OBRATNOJ MATRICY METODOM gAUSSA POLU^AEM:
Ce!u = |
01 |
1 |
11 |
; |
Cu!e = |
0 1 |
1 |
1 1 |
: |
|
1 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
@0 |
1 |
1A |
|
|
@ 1 1 |
0 A |
|
oSTALOSX WOSPOLXZOWATXSQ FORMULOJ 3.5, SWQZYWA@]EJ MATRICY W RAZLI^- NYH BAZISAH. pOLU^AEM
X = Xe = Ce!uXuCu!e = |
0 2 |
4 |
11 |
: |
|
3 |
1 |
1 |
|
|
@ 2 |
2 |
3A |
|
zAME^ANIE 1. w SLU^AE, KOGDA MATRICA B NE DIAGONALIZUEMA, ZADA^U MOVNO RE[ITX PRI POMO]I VORDANOWOJ FORMY MATRICY (SM. ZADA^I 11 I 12). eSLI VE B IMEET KRATNYE SOBSTWENNYE ^ISLA, NO PO-PREVNEMU DIAGONALIZUEMA, TO KWADRATNOE URAWNENIE IMEET BESKONE^NO MNOGO RE[E- NIJ (NAPRIMER, URAWNENI@ X2 = E UDOWLETWORQET L@BAQ MATRICA X S SOBSTWENNYMI ^ISLAMI 1). nESMOTRQ NA \TO, RE[ENIE S NAIBOLX[IMI SOBSTWENNYMI ^ISLAMI PO-PREVNEMU EDINSTWENNO, A ALGORITM EGO NAHOVDENIQ ANALOGI^EN WY[EIZLOVENNOMU.
zADA^A 11. vORDANOWA FORMA MATRICY 3 3
nAJTI VORDANOWU FORMU I VORDANOW BAZIS MATRIC:
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
5 |
1 |
|
|
|
1. |
A = |
1 |
3 |
0 |
: |
|
|
|
|
@ 2 3 2A |
1 |
|
|||
|
|
0 |
5 |
4 |
|
||
|
|
2 |
|
|
|
||
2. |
B = @ 3 |
16 |
12 A: |
|
|||
|
|
4 |
20 |
15 |
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
4 |
|
A |
|
3. |
C = |
10 |
18 |
20 |
: |
||
|
|
@ 9 |
13 |
15 |
|
aLGORITM. nA^INAEM RE[ENIE ZADA^I S NAHOVDENIQ SOBSTWENNYH ^ISEL ZADANNOJ MATRICY D I WY^ISLENIQ RANGA MATRICY D E DLQ KAVDOGO SOBSTWENNOGO ^ISLA . tAK KAK SOBSTWENNOE ^ISLO UDOWLETWORQET USLOWI@ det(D E) = 0, A MATRICA D IMEET RAZMER 3 3, TO RANG MOVET
32
BYTX RAWEN 1 ILI 2 (RANG RAWEN 0 TOLXKO DLQ NULEWOJ MATRICY, W \TOM SLU^AE D = E, ^TO BYLO BY WIDNO SRAZU). rANG MATRICY RAWEN 1 TOGDA I TOLXKO TOGDA, KOGDA WSE EE STROKI PROPORCIONALXNY DRUG DRUGU. |TO TAKVE PROWERQETSQ LEGKO.
oBOZNA^IM ^EREZ u VORDANOW BAZIS MATRICY D TAK, ^TO Du { EE VORDANOWA FORMA. rANG MATRICY OPERATORA NE ZAWISIT OT WYBORA BAZISA, A EDINI^NAQ MATRICA NE MENQETSQ PRI ZAMENE BAZISA. pO\TOMU rank(D E) = rank(Du E). w TREHMERNOM PROSTRANSTWE KOLI^E- STWO RAZLI^NYH SOBSTWENNYH ^ISEL I RANGI MATRIC D E ODNOZNA^NO OPREDELQ@T RAZMERY VORDANOWYH KLETOK.
sU]ESTWUET WSEGO TRI RAZLI^NYE VORDANOWY FORMY NEDIAGONALIZUEMOJ MATRICY TRETXEGO PORQDKA, S TO^NOSTX@ DO PORQDKA RASPOLOVENIQ
VORDANOWYH KLETOK: |
|
|
00 |
11 |
|
00 |
11 |
|||||
1. |
0 01 |
2 |
1 1 |
; |
2. |
I 3. |
||||||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
|
@ 0 0 |
2A |
|
|
@0 |
0 |
A |
|
@0 |
0 |
A |
(ESLI MATRICA DIAGONALIZUEMA, TO ZADA^A SWODITSQ K NAHOVDENI@ SOBSTWENNYH ^ISEL I SOBSTWENNYH WEKTOROW).
eSLI MATRICA TRETXEGO PORQDKA IMEET TRI RAZLI^NYH SOBSTWENNYH ^ISLA 1, 2, 3, TO ONA DIAGONALIZUEMA (SM. 4.11).
eSLI U MATRICY D DWA RAZLI^NYH SOBSTWENNYH ^ISLA 1, 2, TO WOZMOVNY 2 WARIANTA. eSLI rank(D 2E) = 1, T. E. GEOMETRI^ESKAQ KRATNOSTX ^ISLA 2 RAWNA DWUM (RANG { \TO RAZMERNOSTX OBRAZA, A GEOMETRI- ^ESKAQ KRATNOSTX { RAZMERNOSTX QDRA OPERATORA D 2E, PO TEOREME 3.9 IH SUMMA RAWNA 3), TO MATRICA DIAGONALIZUEMA PO TEOREME 4.12. eSLI VE rank(D 2E) = 2, TO VORDANOWA FORMA IMEET WID 1. pO FORMULE DLQ STOLBCOW MATRICY OPERATORA (SM. 3.4) DLQ WEKTOROW u1; u2; u3 VORDANOWA BAZISA WYPOLNENY RAWENSTWA
(D 1E)u1 = 0; (D 2E)u2 = 0 I (D 2E)u3 = u2:
wEKTORA u1; u2; u3 W \TOM SLU^AE PRO]E WSEGO ISKATX IZ WYPISANNYH WY[E SISTEM LINEJNYH URAWNENIJ.
nAKONEC, PUSTX MATRICA IMEET ODNO SOBSTWENNOE ^ISLO KRATNOSTI 3. eSLI rank(D E) = 1, TO VORDANOWA FORMA IMEET WID 2, A DLQ WEKTOROW VORDANOWA BAZISA WYPOLNENY RAWENSTWA
(D E)u1 = 0; (D E)u2 = 0 I (D E)u3 = u2: kROME TOGO, LEGKO PROWERITX, ^TO (Du E)2 = 0, OTKUDA SLEDUET, ^TO (D E)2 = 0. w \TOM SLU^AE WY^ISLENIE WEKTOROW u1; u2; u3 PRO]E WSEGO
33
PROWESTI SLEDU@]IM OBRAZOM: BEREM PROIZWOLXNYJ WEKTOR u3 TAK, ^TOBY (D E)u3 6= 0 (NAPRIMER, ESLI PERWYJ STOLBEC MATRICY D E NE RAWEN NUL@, TO DOSTATO^NO WZQTX u3 = e1). pOLOVIM u2 = (D E)u3 I
ZAMETIM, ^TO (D E)u2 = (D E)2u3 = 0. w KA^ESTWE u1 MOVNO WZQTX L@BOJ SOBSTWENNYJ WEKTOR MATRICY D NE PROPORCIONALXNYJ u2.
oSTALOSX RASSMOTRETX SITUACI@, KOGDA D IMEET EDINSTWENNOE SOBSTWENNOE ^ISLO ALGEBRAI^ESKOJ KRATNOSTI 3 I GEOMETRI^ESKOJ KRATNOSTI 1, T. E. rank(D E) = 2. w \TOM SLU^AE VORDANOWA FORMA IMEET WID (2), A DLQ WEKTOROW VORDANOWA BAZISA WYPOLNENY RAWENSTWA
(D E)u1 = 0; |
(D E)u2 = u1 I |
(D E)u3 = u2: |
pRI \TOM (Du E)3 |
= 0, OTKUDA (D E)3 |
= 0. pROSTEJ[IJ SPOSOB |
NAHOVDENIQ WEKTOROW u1; u2; u3 SOSTOIT W SLEDU@]EM. wYBIRAEM PROIZ-
WOLXNYJ WEKTOR u3. wY^ISLQEM u2 = (D E)u3 I u1 = (D E)u2. zAMETIM, ^TO (D E)u1 = (D E)3u3 = 0. tAKIM OBRAZOM, ESLI
u1 6= 0, TO ZADA^A RE[ENA. w PROTIWNOM SLU^AE, PROSTO ZAMENIM u3 NA LINEJNO NEZAWISIMYJ I POWTORIM WY^ISLENIQ WEKTOROW u2 I u1. dAVE ESLI MY DWA RAZA POLU^IM u1 = 0, TO W TRETIJ RAZ NAM OBQZATELXNO POWEZET: MATRICA (D E)2 NENULEWAQ, PO\TOMU QDRO OPERATORA UMNOVENIQ NA \TU MATRICU NE SOWPADAET SO WSEM PROSTRANSTWOM I, SLEDOWATELXNO, NE MOVET SODERVATX 3 LINEJNO NEZAWISIMYH WEKTORA.
pEREJDEM K RE[ENI@ KONKRETNYH ZADA^.
rE[ENIE.
1. mATRICA A IMEET ODNO SOBSTWENNOE ^ISLO = 1. mATRICA
|
0 |
|
1 |
|
|
3 |
5 |
1 |
|
A + E = |
1 |
2 |
0 |
IMEET RANG 2. pO\TOMU VORDANOWA FORMA |
|
@ 2 |
3 |
1A |
|
01
1 |
1 |
0 |
|
T |
I WY^ISLIM |
||
Au = @ 0 |
1 |
1 A. pOLOVIM u3 = (1; 0; 0) |
|||||
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
u2 = (A + E)u3 = (3; 1; 2)T I |
u1 = (A + E)u2 = (2; 1; 1)T: |
||||||
oTWET: VORDANOWA FORMA MATRICY: 0 |
1 |
1 |
0 |
|
|||
0 |
1 |
1 1 |
; |
||||
VORDANOW BAZIS: |
T |
@ |
0 |
0 |
T 1A |
T |
|
u1 = (2; 1; 1) ; u2 |
= (3; 1; 2) ; u3 = (1; 0; 0) : |
34
2. mATRICA B TAKVE IMEET ODNO SOBSTWENNOE ^ISLO = 1. wSE STROKI
|
|
|
1 |
5 |
4 |
A |
MATRICY B |
E = |
@ |
15 |
12 |
||
|
0 3 |
1 PROPORCIONALXNY, PO\TOMU EE RANG |
||||
|
|
|
4 |
20 |
16 |
|
RAWEN 1. pOLOVIM u3 = (1; 0; 0)T I WY^ISLIM u2 = (B E)u3 = (1; 3; 4)T. nETRUDNO UBEDITXSQ, ^TO (B E)u2 = 0, ^TO I OBE]ALA NAM TEORIQ. w KA- ^ESTWE u1 MOVNO WZQTX L@BOE RE[ENIE URAWNENIQ (B E)u1 = 0, NE PROPORCIONALXNOE u2. |TO URAWNENIE RAWNOSILXNO URAWNENI@ (1; 5; 4)u1 = 0, PO\TOMU MOVNO WZQTX NAPRIMER u1 = (5; 1; 0)T.
|
1 |
0 |
0 |
|
oTWET: VORDANOWA FORMA MATRICY: |
00 |
1 |
11 |
; |
T |
@T0 |
0 |
1A |
T |
VORDANOW BAZIS: u1 = (5; 1; 0) ; u2(1; 3; 4) ; u3 = (1; 0; 0) : |
||||
3. mATRICA C IMEET DWA SOBSTWENNYH ^ISLA: |
1 = 2 I 2 = 3, |
KRATNOSTI KOTORYH RAWNY 1 I 2 SOOTWETSTWENNO. rE[IW SOOTWETSTWU@- ]IE ODNORODNYE SISTEMY LINEJNYH URAWNENIJ, NAJDEM SOBSTWENNYE WEKTORA: u1 = (0; 1; 1)T I u2 = ( 2; 0; 1)T . pRI \TOM DOSTATO^NO WZQTX= = 1. gEOMETRI^ESKAQ KRATNOSTX 2 RAWNA 1, PO\TOMU MATRICA NE DIAGONALIZUEMA. sLEDOWATELXNO, ONA IMEET VORDANOWU FORMU 1. dLQ TRETXEGO WEKTORA VORDANOWA BAZISA WYPOLNENO RAWENSTWO (C + 3E)u3 = u2. rE[AEM \TU SISTEMU:
0 10 15 20 |
|
0 |
1 |
|
00 |
1 0 |
|
2 |
1 |
|
00 |
1 |
0 |
21 |
; |
||||
2 |
4 |
4 |
|
2 |
|
|
1 |
2 |
2 |
|
1 |
|
|
1 |
0 |
2 |
|
3 |
|
9 |
13 |
18 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|||||
@ |
|
|
|
|
A |
|
@ |
|
|
|
|
A |
|
@ |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OTKUDA u3 = |
0 |
0 |
1 |
+ |
0 21 |
; GDE |
|
R. pOLOVIW = 0, POLU^IM |
|
@ |
2 |
A |
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
@ A |
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
u3 = (3; 2; 0)T.
|
2 |
0 |
0 |
1 |
|
oTWET: VORDANOWA FORMA MATRICY: |
00 |
3 |
1 |
; |
|
|
@0 |
0 |
3A |
|
VORDANOW BAZIS: u1 = (0; 1; 1)T; u2 = ( 2; 0; 1)T; u3 = (3; 2; 0)T:
35
zADA^A 12. vORDANOWA FORMA NILXPOTENTNOJ MATRICY 5 5
nAJTI VORDANOWU FORMU I VORDANOW BAZIS NILXPOTENTNOJ MATRICY
|
0 |
3 |
3 |
3 |
3 |
31 |
|
|||||
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
||||
|
B 4 |
|
3 |
|
7 |
4 |
|
4C |
|
|||
A = |
B |
5 |
|
|
2 |
|
C |
: |
||||
|
B |
|
1 |
|
4 |
|
7 |
4 |
|
4C |
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
C |
|
||||
|
@ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
aLGORITM. mATRICA A NAZYWAETSQ NILXPOTENTNOJ, ESLI Ak = 0 DLQ NEKOTOROGO NATURALXNOGO k. pO\TOMU WSE PROSTRANSTWO C5 QWLQETSQ KORNEWYM PODPROSTRANSTWOM Ker A5, SOOTWETSTWU@]IM EDINSTWENNOMU SOBSTWENNOMU ^ISLU = 0. pRIWEDEM ODIN IZ WOZMOVNYH ALGORITMOW NAHOVDENIQ VORDANOWOJ FORMY I VORDANOWA BAZISA MATRICY n n. kOLI^ESTWO WY^ISLENIJ PO \TOMU ALGORITMU W SREDNEM IMEET PORQDOK n3. tEORETI^E- SKU@ OSNOWU ALGORITMA SOSTAWLQET UTWERVDENIE O TOM, ^TO OB_EDINENIE VORDANOWYH CEPO^EK, WYTQNUTYH OT LINEJNO NEZAWISIMYH SOBSTWENNYH WEKTOROW, LINEJNO NEZAWISIMO.
1.wOZXMEM PROIZWOLXNYJ WEKTOR e01 2 Cn I BUDEM DEJSTWOWATX NA NEGO OPERATOROM A, POKA NE POLU^IM 0, T. E. POSTROIM CEPO^KU WEKTOROW e11 = Ae01, e21 = Ae11; : : : ; ek11 = Aek11 1, Aek11 = 0.
2.pREDPOLOVIM TEPERX, ^TO UVE POSTROENO (m 1) TAKAQ CEPO^KA, PRI-
^EM SOBSTWENNYE WEKTORA ek11; : : : ; ekmm 11 LINEJNO NEZAWISIMY. eSLI KOLI^ESTWO POSTROENNYH WEKTOROW RAWNO RAZMERNOSTI PROSTRANSTWA, TO ZADA^A RE[ENA (SM. 5.5). eSLI NET, PEREHODIM K SLEDU@]EMU [A- GU.
3.bEREM SLEDU@]IJ PROIZWOLXNYJ WEKTOR e0m (HORO[O, ESLI ON NE BUDET LEVATX W LINEJNOJ OBOLO^KE RANEE NAJDENNYH, ODNAKO PROWERKA TOGO, ^TO \TO TAK, TREBUET NEKOTOROGO KOLI^ESTWA WY^ISLENIJ, KOTOROGO HOTELOSX BY IZBEVATX; DLQ SLU^AJNOGO WEKTORA WEROQTNOSTX POPASTX W DANNOE PODPROSTRANSTWO BLIZKA K NUL@).
4.pOSTROIM CEPO^KU, ISHODQ IZ WEKTORA e0m:
em1 = Aem0 ; : : : ; emkm = Aemkm 1; |
Aemkm = 0: |
5.eSLI ekmm LINEJNO NEZAWISIM S RANEE NAJDENNYMI SOBSTWENNYMI WEKTORAMI, PEREHODIM W NA^ALO [AGA 2. pREDPOLOVIM, ^TO NABOR
|
m |
e1k1; : : : ; emkm LINEJNO ZAWISIM: |
iP |
ieiki = 0. pERENUMEROWYWAEM |
|
|
=1 |
CEPO^KI TAK, ^TOBY DLINA POSLEDNEJ CEPO^KI BYLA NAIMENX[EJ
36
SREDI WSEH, KOTORYE REALXNO U^ASTWU@T W LINEJNOJ ZAWISIMOSTI,
T. E. km 6 ki DLQ WSEH TEH i = 1; : : : ; m 1, DLQ KOTORYH i 6= 0.
m 1
wYRAVAEM ekmm W WIDE LINEJNOJ KOMBINACII: ekmm = P ieki i. pOLU-
i=1
^AEM Akm(e0m) = Akm(v) DLQ NEKOTOROGO v, KOTOROE NETRUDNO NAJTI IZ PREDYDU]EGO RAWENSTWA, PREDSTAWLQQ eki i W WIDE Aki(e0i ).
6.pEREOBOZNA^AEM: e0m := e0m v. eSLI NOWYJ e0m OKAZALSQ RAWNYM NUL@, PEREHODIM K [AGU 2. w PROTIWNOM SLU^AE PEREHODIM K [AGU 4.
oPISANNYJ PROCESS S GARANTIEJ OBORWETSQ, ESLI PEREBRATX WSE WEKTORA IZ KAKOGO-NIBUDX BAZISA PROSTRANSTWA Cn, NAPRIMER STANDARTNOGO. aLGORITM WYGLQDIT ZAPUTANNYM I TREBU@]IM BOLX[OGO KOLI^ESTWA WY- ^ISLENIJ, NO NA SAMOM DELE S BOLX[OJ WEROQTNOSTX@ WY^ISLENIJ O^ENX NEMNOGO. w PRIMERE, KOTORYJ RAZBIRAETSQ NIVE, SLU^AJNYE WEKTORA NAMERENNO WYBRANY TAK, ^TOBY PROILL@STRIROWATX, KAK RABOTAET WESX ALGORITM, DAVE PRI NEUDA^NOM WYBORE WEKTOROW.
rE[ENIE. pO WIDU ZADANNOJ MATRICY A LEGKO ZAMETITX, ^TO SUMMA WTOROGO I ^ETWERTOGO EE STOLBCOW IMEET 3 NULEWYE KOORDINATY, ^TO NEMNOGO UPROSTIT WY^ISLENIQ. pO\TOMU NA PERWOM [AGE UDOBNO WYBRATX WEKTOR e01 = (0; 1; 0; 1; 0)T. tOGDA
1 |
0 |
001 |
2 |
1 |
0 0 1 |
2 |
001 |
|
||
|
|
0 |
|
|
= B |
0 |
|
0 |
|
|
e1 |
= Ae1 |
= B1C |
; e1 |
= Ae1 |
|
3C |
; Ae1 |
= B0C |
: |
|
|
|
B C |
|
|
B |
C |
|
B C |
|
|
|
|
1 |
|
|
B |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
B0C |
|
|
|
3C |
|
B0C |
|
|
|
|
B C |
|
|
B |
C |
|
B C |
|
|
|
|
@ A |
|
|
@ |
|
A |
|
@ A |
|
tAK KAK POSTROENO WSEGO 3 WEKTORA W 5-MERNOM PROSTRANSTWE, PEREHODIM K [AGU 3. pUSTX e02 = (1; 1; 0; 0; 0)T. nA ^ETWERTOM [AGE WY^ISLQEM:
1 |
0 |
0 0 1 |
2 |
1 |
001 |
0 0 1 |
|
|||
|
|
0 |
|
|
0 |
= 2 B |
0 |
|
||
e2 |
= Ae2 |
= B 7C |
; e2 |
= Ae2 |
= B6C |
|
3C |
: |
||
|
|
B |
C |
|
|
B C |
B |
C |
|
|
|
|
B |
2 |
|
|
0 |
B |
0 |
|
|
|
|
5C |
|
|
B6C |
|
3C |
|
||
|
|
B |
C |
|
|
B C |
B |
C |
|
|
|
|
@ |
A |
|
|
@ A |
@ |
|
A |
|
37
pEREJDQ K [AGU 5, POLU^AEM e22 = 2e21, OTKUDA A2(e02) = A2( 2e01). sLEDOWATELXNO, NA [ESTOM [AGE PEREOBOZNA^AEM:
0 |
0 |
0 |
011 |
011 |
031 |
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
e2 |
:= e2 + 2e1 |
= B0C |
+ 2 B1C |
= B2C |
; |
|
|
|
|
B C |
B C |
B C |
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
B0C |
B0C B0C |
|
|
|
|
|
B C |
B C |
B C |
|
|
|
|
@ A |
@ A |
@ A |
|
I DALEE, PEREJDQ K [AGU 4,
1 |
1 |
1 |
0 0 1 |
001 |
0 0 1 |
|
|||
|
|
|
0 |
0 |
= B |
0 |
|
||
e2 |
:= e2 + 2e1 |
= B 7C |
+ 2 B1C |
|
5C |
: |
|||
|
|
|
B |
C |
B C |
B |
C |
|
|
|
|
|
B |
2 |
1 |
B |
0 |
|
|
|
|
|
5C |
B0C |
|
5C |
|
||
|
|
|
B |
C |
B C |
B |
C |
|
|
|
|
|
@ |
A |
@ A |
@ |
|
A |
|
sNOWA PEREJDQ K [AGU 5 POLU^AEM e12 = 53 e21, OTKUDA A(e02) = A(53 e11). nA [ESTOM [AGE E]E RAZ PEREOBOZNA^AEM e02 := e02 53 e11 = (1; 3; 5=3; 1=3; 0)
TAK, ^TO A(e02) = 0, I [AG 4, K KOTOROMU MY PEREHODIM, TAK KAK e02 6= 0,
OKAZYWAETSQ PUSTYM. tAK KAK e02 I e21 LINEJNO NEZAWISIMY, TO OT PERWOJ FRAZY [AGA 5 PEREHODIM K [AGU 2. tAK KAK POSTROENO E]E TOLXKO 4 WEKTORA, PEREHODIM K [AGU 3, NA KOTOROM WYBIRAEM e03 = (1; 0; 0; 0; 0)T. nA ^ETWERTOM [AGE WY^ISLQEM
1 |
0 |
0 3 1 |
2 |
|
1 |
0 0 1 |
|
|
10 |
0 0 1 |
|
||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
B |
0 |
|
||
e3 |
= A(e3) = B 4C; e3 = A(e3) = B10C |
= 3 |
|
3C |
: |
||||||||||||||
|
|
B |
C |
|
|
|
|
B |
C |
|
|
|
|
B |
C |
|
|||
|
|
B |
|
5 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
B |
0 |
|
|
|
|
|
1C |
|
|
|
|
B10C |
|
|
|
|
|
3C |
|
||||
|
|
B |
C |
|
|
|
|
B |
C |
|
|
|
|
B |
C |
|
|||
|
|
@ |
|
A |
|
|
|
|
@ |
A |
|
|
|
|
@ |
|
A |
|
|
nA [AGE 5 POLU^AEM e32 = 103 e12, OTKUDA A2(e30) = A2( 103 e10). |
nA [AGE 6 |
||||||||||||||||||
PEREOBOZNA^AEM: |
|
|
|
|
001 |
|
|
|
011 |
|
1 0101 |
|
|
|
|||||
|
0 |
0 |
10 0 |
|
10 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
e3 := e3 + 3 e1 |
= B0C |
+ |
3 |
B1C |
= |
3 B10C; |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
B C |
|
|
|
B C |
|
|
B |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
B |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B0C |
|
|
|
B0C |
|
|
0 C |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
B C |
|
|
|
B C |
|
|
B |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ A |
|
|
|
@ A |
|
@ |
|
A |
|
|
|
||
I DALEE, PEREJDQ K [AGU 4, |
e31 := e31 + 103 e11 = 31 (3; 9; 5; 2; 3)T. pE- |
REJDQ K [AGU 5, WYQSNQEM, ^TO SOBSTWENNYJ WEKTOR e13 NE MOVET BYTX LINEJNO NEZAWISIM S SOBSTWENNYMI WEKTORAMI e21 I e02, POLU^ENNYMI NA
38
PREDYDU]IH [AGAH, INA^E [ESTX POLU^ENNYH WEKTOROW BYLI BY LINEJNO NEZAWISIMY, ^TO NEWOZMOVNO W 5-MERNOM PROSTRANSTWE. s DRUGOJ STORONY, e13 I e21 LINEJNO NEZAWISIMY (NE PROPORCIONALXNY), PO\TOMU e02 OBQZAN PREDSTAWLQTXSQ W WIDE IH LINEJNOJ KOMBINACII: e02 = e21 + e13 (W DANNOM SLU^AE NAHODITX KONKRETNYE I NE OBQZATELXNO). pEREOBOZNA^AEM e02 := e02 e21 e13 = 0. pO\TOMU OT [AGA 6 WOZWRA]AEMSQ K [AGU 2.
k NASTOQ]EMU MOMENTU NAJDENY PQTX WEKTOROW: e01, e11, e21, e03 I e13. pO\TOMU NAHOVDENIE VORDANOWA BAZISA ZAKON^ENO. vORDANOWY KLETKI W VORDANOWOJ FORME SOOTWETSTWU@T VORDANOWYM CEPO^KAM, PO\TOMU VORDANOWA FORMA MATRICY A SOSTOIT IZ DWUH KLETOK RAZMEROW 3 I 2. oSTALOSX
RASPOLOVITX WEKTORA W PRAWILXNOM PORQDKE: u1 |
= e12, u2 |
= e11, u3 = e10, |
|||||
u4 = e31 I u5 = e30. |
|
00 |
0 |
1 |
0 |
01 |
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
: |
: |
B0 |
0 |
0 |
0 |
1C |
; |
oTWET VORDANOWA FORMA MATRICY |
|
B |
|
|
|
C |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
B0 |
0 |
0 |
0 |
0C |
|
|
|
B |
|
|
|
C |
|
|
|
@ |
|
|
|
A |
|
VORDANOW BAZIS: u1 = (0; 0; 0; 3; 3)T; u2 = (0; 0; 1; 1; 0)T;
u3 = (0; 1; 0; 1; 0)T; u4 = (3; 9; 5; 2; 3)T; u5 = (3; 10; 0; 10; 0)T.
zAME^ANIE 1. oBRATITE WNIMANIE, ^TO NUMERACIQ KORNEWYH WEKTOROW W NA[EM RE[ENII NE SOWPADAET (TO^NEE, PRQMO PROTIWOPOLOVNO) NUMERACII WWEDENNOJ W OPREDELENII VORDANOWOJ CEPO^KI (SM. 5.5). |TO PROISHODIT POTOMU, ^TO MY STARTUEM NE S SOBSTWENNOGO WEKTORA, A S KORNEWOGO WEKTORA NAIBOLX[EJ WYSOTY I DO WY^ISLENIJ NE ZNAEM, KAKOWA EGO WYSOTA.
zAME^ANIE 2. w PRIWEDENNOM RE[ENII NAM SILXNO NE POWEZLO: ESLI BY MY SRAZU WZQLI e02 = (1; 0; 0; 0; 0)T, TO IZBEVALI BY WSEH WY^ISLENIJ,
SWQZANNYH S WEKTOROM e02 = (1; 1; 0; 0; 0)T, KOTORYE W ITOGE OKAZALISX LI[- NIMI. kAK UVE OTME^ALOSX, WEROQTNOSTX TAKOGO NEWEZENIQ PRI SLU^AJNOM WYBORE WEKTOROW e0i BLIZKA K NUL@.
zADA^A 13. pRIWEDENIE URAWNENIQ KRIWOJ WTOROGO PORQDKA K KANONI^ESKOMU WIDU
pREOBRAZOWANIEM, NE MENQ@]IM RASSTOQNIJ, PRIWESTI K KANONI^ESKOMU WIDU URAWNENIE KRIWOJ WTOROGO PORQDKA 14x2 7y2+20xy+8x+34y = 35. nAJTI KOORDINATY EE FOKUSOW W ISHODNOJ SISTEME KOORDINAT.
rE[ENIE. zAPI[EM URAWNENIE DANNOJ KRIWOJ W MATRI^NOJ FORME:
vTBv + 2av = p ;
39