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

1060963_B9CC3_zinenko_s_n_lineinaya_algebra

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
2.22 Mб
Скачать

Проверим сначала основное свойство операторов проектирования:

Q=I P =

Очевидно,

 

 

 

 

 

4 11 4 11 4 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P P = −6 1 2

 

6 1 2

 

= −6 1 2

=P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 2 1

 

 

6 2 1

 

 

6 2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 0 4 11 31 1

 

 

 

 

 

31 1 31 1 31 1

 

0 1 0

− −6 1 2

=

6 22

 

Q Q= 6 22

 

 

6 22

 

=

6 22

 

=Q

0 0 1

 

6 2 1

 

62 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62 2

 

62 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 11 31 1 0

//

0 31 1 4 11

 

 

 

 

0

 

 

 

P Q =

6

1 2

6 22

=

0

0

0

=

6 22

 

6 1 2

=Q P

 

 

 

 

6 2 1

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62 2

 

62 2

6 2 1

 

 

 

 

Далее, найдем образ F =RanP и ядро G =KerP оператора P .

С этой целью приведем матрицу оператора к “единичному” виду методом Гаусса

4 ±1 1

 

2

 

1 0

 

 

6

1 ±2

 

~

2

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

±2 1

 

±0

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q2

 

 

q3

 

 

 

 

 

q2

 

 

 

q3

 

 

F = RanP = Lin{q 2 , q3 }=

 

= f1 + 2 f 2 ,

 

q3 = − f1

 

 

Lin{ f1, f 2 }

q 2

 

f 2

 

 

x2

= −2x1

 

 

 

 

 

x1 1x1

 

 

 

1

 

 

G = Lin{ g1 }

G = KerP

 

 

 

 

 

x2

 

 

= −2x1

 

= x1

2

 

 

x

=

2x

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g1

 

 

 

 

Аналогично, найдем образ G = Ran Q и ядро F = Ker Q оператора Q .

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 1

 

3 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 2

 

2

 

~

 

0 0

 

±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2

 

2

 

 

 

 

0 ±0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G = RanQ = Lin{q3 }=

 

 

 

Lin{ g1 }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q3

= g1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

1x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

F =Lin{ f1, f 2 }

 

= 3x1

+1x2

 

x2

 

=

 

 

 

+1x2

 

=x1

 

0

 

+x2

 

 

1

 

F =KerQ x3

 

 

3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

+1x

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

Справедливость разложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1 +3 f 2

 

 

 

 

 

 

f 2

 

 

 

 

 

 

Rn = F +iG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вытекает,

например,

из

того,

что

 

объединенная

 

система

базисных векторов

{ f1, f 2 } { g1 } образует базис в R3

 

( № 9.2. d. ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осталось, разложив произвольный вектор h по “новому” базису {{ f1, f 2 }, { g1 }}

 

 

 

 

 

 

 

 

h = (α1 f1 +α2 f 2 )+(β1 g1 )

 

 

 

 

непосредственно убедиться, что

P h = (α1 f1 +α2 f 2 ),

Qh = (β1 g1 )

 

61

№ 10.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

 

 

 

 

{ λ1, ... , λk , ... , λm }

 

 

 

 

 

все различные

собственные

значения линейного оператора A , соответствующие

собственным подпространствам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{ F1, ... , Fk , ... , Fm }

 

 

 

 

 

Обозначим базисы собственных подпространств через

 

 

 

 

 

{{

f1

1

, ... , f1

n1

}, ... ,{ fk

1

, ... , fk

nk

}, ... ,{

fm

1

, ... , fm

n m

}}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В общем случае, объединенная система подбазисов всего лишь некоторая линейно

независимая система векторов в пространстве E ( № 9.2. a. ,

b. ,

c.).

 

Пусть объединенная система собственных векторов образует базис в пространстве E .

В этом случае ( № 9.2. d. )

 

оператор

A ,

имеющий в некотором (старом) базисе { e }

матрицу A , в базисе {

 

f } из собственных векторов (новом) имеет диагональную матрицу

λ 1

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

λ1In1

 

 

0

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

 

λk

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

Λ =

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

=

0

 

λ

k

n k

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

λk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

λm

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λm

 

 

 

 

 

 

λm In m

(поэтому соответствующий оператор называется диагонализируемым).

 

Обозначим через tki

 

столбец-координат собственного вектора

f k i

 

, соответствующим

собственному значению λk ,

в старом базисе { e }. Тогда матрица перехода от старого

базиса { e } к новому {

 

 

f } базису из собственных векторов равна

 

 

 

 

T = t

1 1

 

, ... , t

1 n1

, ... ,

t

k1

, ... , t

k nk

, ... , t

m

1

, ... , t

m n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

A =T Λ T 1 .

Далее, произвольный вектор пространства может быть однозначно разложен по базису

h =

(

x

f

+ ... + x

f

+ ... +

(

x

k1

f

k1

+ ... +x

knk

f

k nk )

+ ... +

(

x

m1

f

m1

+ ... +x

m n m

f

m n m )

 

11

11

\\

1n1

1n1 )

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

f 1

F1

 

 

 

 

 

 

 

 

f k Fk

 

 

fk

 

 

 

 

 

 

 

f m Fm

 

 

т. е., в данном случае, в сумму собственных векторов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h = f1 + ... + fk + ... + fm

 

 

E = F1 +i

... +i

Fk +i

... +i Fm

 

 

 

получивших название проекций вектора h на собственные подпространства Fk

параллельно сумме остальных собственных подпространств

F1 +i ... +i

Fm .

 

 

 

 

 

на

Действие оператора A сводится к

 

 

 

умножению

каждого

слагаемого

 

соответствующее собственное значение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A h = λ1 f1 + ... + λk fk + ... + λm fm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим операторы проектирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pk

 

 

 

 

 

 

Pj

Pi = Pi Pj

= δi j Pj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h fk = Pk h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученным выше разложениям произвольного вектора

 

h

и действию оператора

A с

помощью проекторов можно придать вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i i i

h

=

 

f

 

 

+...+

 

f

 

 

+...+ f

 

 

 

I = P

+ ... +

 

P

 

+ ... + P

E

=F1 +... +Fk +... +Fm

 

 

 

 

1

+...+λ

 

 

k

 

 

...+λ

 

m

 

 

1

 

+...+λ

 

k

 

+...+λ

m

A

 

=λ

k

I

n

Ah

=λ

1

f

1

k

 

f

k

+

m

f

m

A=λ

P

k

P

k

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

m m

 

 

Fk

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62

Замечание. Полученное спектральное разложение диагонализируемых операторов позволяет для них естественным образом ввести функциональное исчисление, полагая

y = f (x) B = f (A) = f (λ1 )P1 + ... + f (λk )Pk + ... + f (λm )Pm

Соответственно, для диагонализируемых матриц имеем

 

f (λ1)In1

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = f (x) B = f (A) =T f (Λ) T 1 =T

0 f (λk )In

k

0

 

 

T 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0 f (λ

m

)I

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

Замечание. Можно построить “естественное” функциональное исчисление произвольных матриц (операторов), содержащих жордановы клетки ( № 9.2. a. , b. , c.).

Построим характеристический полином матрицы

 

1 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 λ 1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = 6

4 2

 

 

pA (λ) = det (A λI ) =

 

 

6

 

4 λ

2

 

= −λ3 + 7λ2 16λ +12 =

 

 

2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

2 4 λ

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −(λ 2)2 (λ 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем собственные значения λ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pA (λ) = 0 λ1 = 2, λ2 = 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получим соответствующие собственные векторы t :

 

 

 

 

 

 

 

(A λI )t = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 1

1 x1

0

 

 

 

x1

 

= x

 

1

 

±0

 

 

6 4 2

2

 

x

=

0

 

 

 

x

 

 

 

0 + x

1

 

 

6

2 4

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

2

x3

0

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

\\

 

 

 

 

?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 1

 

 

t1 2

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 3 1

1 x1

0

 

 

 

x1

 

= x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

6 4 3 2

x

=

0

 

 

 

x

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

6

2 4 3

 

x2

 

0

 

 

 

 

 

x2

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

Тройка собственных векторов {{t11 ,

t1 2 }, { t 2 1 }}

t 2 1

 

 

 

 

 

 

образует базис.

Матрица

T перехода от

старого

канонического

базиса

 

{ e } к новому базису из

собственных векторов { t } ={{t11 ,

 

t1 2

},

{ t 2 1 }}

равна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 1 1

 

 

 

 

 

 

T =

0 12

 

 

 

 

 

 

T

1 = −6

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

В базисе из собственных векторов матрица оператора диагональная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

 

0 0 2 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = Λ =

 

0

λ1 ±0 =

 

0 2 ±0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 λ

 

 

 

 

0 0 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

63

Проверку справедливости разложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 1 1 0 1 2 0 0 4 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

6 4 2

=

 

0 12

 

 

0 2 0

 

 

 

6 1 2

 

 

=T Λ

T 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 2 4

 

 

3 1 2

 

 

 

0 0 3

 

 

 

3 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

удобно провести в следующем виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A T =T Λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ1

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A t

11

, t

 

 

, t

2 1

= t

11

, t

1

2

, t

2 1

 

0

 

λ

1

 

0

At

11

, At

1 2

, At

2

 

= λ

1

t

11

,

λ

1

t

1 2

,λ

2

t

2 1

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построим “косые” проекторы Pk

на собственные подпространства параллельно другим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

 

 

 

 

1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =T T 1 =T I T 1 =T

 

0 1

0

 

T 1 =T

 

 

0 1

0

T

 

1+T

0 0 0

 

T 1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

1

 

 

 

 

 

 

0 0 0

 

 

 

 

 

0 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

*±*

 

 

 

 

0 0 0

 

*±* *

 

 

 

 

 

 

 

 

1±0

1 0

 

4 1 1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

=

±0 1

*

 

0 1

±0

 

 

6 1 2

 

 

+ ±* *

2

 

 

 

0 0

±0

 

 

 

* *±*

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* * *

 

 

 

* *

 

 

 

 

 

 

±0 ±0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

*

±0 ±0 0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0

 

4 1

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 11

 

 

3 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

0 1

 

+

 

2

 

 

 

 

 

 

=

 

6 1 2

 

+

 

6 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 1

6

1 2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

P2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из построения проекторов очевидно “косое” разложение единицы и спектральное разложение диагонализируемого оператора, задаваемого матрицей A

I = P1 + P2 A = λ1 P1 + λ2 P2

Наконец, найдем значение характеристического полинома pA ( A) . Из разложения следует

I =T I T 1, A =T Λ T 1, A2 =A A =T Λ (T 1 T ) Λ T 1 =T Λ2 T 1,

A3 =...=T Λ3 T 1, ...

так что

 

 

 

 

 

pA (λ1) 0

0

 

 

 

 

 

 

 

=0

pA ( A) =−A3 +α2 A2 +α1A+α0 I =T (Λ3+α2Λ2 +α1Λ+α0 I )T 1=T

0

pA (λ1) 0

T 1

 

 

 

 

 

 

 

0

0

pA (λ

 

 

 

2 )

 

Замечание. Для любого произвольного оператора справедлива теорема Гамильтона-Кели pA ( A) = 0

64

11.ЕВКЛИДОВО ПРОСТРАНСТВО

11.1. Можно ли принять в данном пространстве в качестве скалярного произведения функцию двух векторных аргументов

a. Rn :

( x, y )

n

 

 

m

= xk yk ;

 

( x, y )= xk yk , m < n

 

 

 

k =1

 

 

k =1

b. Pn :

(

p, q )

n

 

(

m

= p (xk )q (xk );

p, q )= p (xk )q (xk ), m < n

 

 

 

k =1

 

 

k =1

c. Pn a,

b : (

p, q )= bρ(x)p(x)q(x)dx, где весовая функция ρ(x) > 0 - непрерывна.

 

 

 

a

 

 

 

a. Cn :

( x, y )

n

 

 

n

= xk yk ;

 

( x, y )= xk yk

 

 

 

k =1

 

 

k =1

b. Pn :

(

p, q )

n1

 

(

m1

= ak bk ;

 

p, q )= ak bk , m < n

 

 

 

k = 0

 

 

k = 0

c. Pn 0, + ):

+∞

 

 

( p, q )=

e x p(x)q(x)dx

 

 

 

0

 

 

 

№ 11.2. Записать неравенство треугольника и неравенство Коши-Буняковского для скалярных произведений ( № 11.1. )

 

 

 

Ортогонализировать базис в Rn , полагая (

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 11.3.

x,

y )= xk

yk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

5

 

 

 

 

9

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

 

1

 

 

 

6

a. f

 

f

 

f

 

=

b.

f

 

=

4

 

,

f

 

=

±5

,

f

 

= ±5

,

f

 

=

2

 

=

2 ,

 

=

6 ,

 

5

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

2

 

1

 

3

 

 

5

 

 

1

 

±4

 

 

 

2

 

±1

 

 

 

3

 

7

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

5

a. f

 

f

 

f

 

=

b.

f

 

=

3

 

,

f

 

= 3

,

f

 

= ±9

,

f

 

=

5

 

= 6 ,

 

=

2 ,

 

5

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

2

 

1

 

3

 

 

2

 

 

1

 

3

 

 

 

2

 

1

 

 

 

3

 

3

 

 

 

4

 

±3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 11.4.

Ортогонализировать базис в Pn a, b , полагая ( p, q )= bρ(x)p(x)q(x)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{x 0 ,

x1, x2 ,

...},

x 1, +1

,

ρ(x) 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{x 0 ,

x1, x2 ,

...},

 

 

+

)

 

ρ(x) = e x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0,

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 11.5. Проверить, чтосистемакомплексно-значныхфункцийобразуетортонормированный базис в пространстве тригонометрических полиномов со скалярным произведением

T2n+1={T (x) =bn sin nx +...+b1 sin x +a 0 +a1 cos x +...+an cos nx }, (T, S )=+π T (x)

 

dx

S(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

{

1

 

sin nx , ... ,

1

sin x ,

1

,

1

cos x ,

... ,

 

1

cos nx }

π

π

 

2π

 

π

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{

1

 

 

e i n x , ... ,

 

1

 

e i x ,

 

1

 

,

 

1

 

e +i x

, ... ,

 

1

 

e +i n x }

2π

 

 

2π

 

2π

 

2π

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65

Теория

 

 

(a, b)

 

Скалярным произведением называется

скалярная функция

двух векторных

аргументов, удовлетворяющая условиям:

 

 

 

1

( a, a )0 (= 0 a = 0)

 

 

 

 

2

( a, b )= ( b, a )

 

 

 

 

3

(α a, b ) = α ( a, b )

 

( a, α b )= α ( a, b )

 

 

4

( a + b, c )= ( a, c )+( b, c )

 

( a, b + c )= ( a, b )+ ( a, c )

 

Замечание. В вещественном пространстве аксиома 2 имеет вид ( x, y )= ( y, x )= ( y, x ).

Замечание. Проверка условий 2 , 3 , 4

как правило тривиальна. Затруднения обычно

вызывает проверка 1 .

 

 

 

 

Линейное пространство En со скалярным произведением называется евклидовым.

Замечание. Евклидово пространство En можно рассматривать как абстрактный аналог

геометрического пространства V , в котором кроме операций сложения векторов и умножения на скаляр определены длины векторов и углы между ними ( № 1.3. a. ).

В просто линейном пространстве нельзя представить себе, что один вектор короче другого, или что пара векторов образует прямой угол. Наделение линейного пространства абстрактным скалярным произведением позволяет ввести аналог длины вектора ( № 11.2. ) и угла между ними, в частности, ортогональность ( № 11.3. ).

№ 11.1. a.

В координатном пространстве Rn столбцов x, y, z , ... высоты скалярная функция столбцов

 

 

 

(

 

n

 

 

 

 

x, y ) = xk yk

 

Проверим справедливость аксиом

 

k =1

 

 

 

 

 

n

n

 

 

(xk )2 = 0 x = 0)

1

( x, x )= xk xk = (xk )2 0 (= 0

 

kn=1

kn=1

 

y, x )

 

 

2

( x, y )= xk yk = yk xk = (

 

 

 

k =1n

k =1

n

 

( x, y )

 

3

(α x, y )= α xk yk =α xk yk =α

 

 

k =1n

 

k =1

n

n

)+( y,

4

( x + y, z )= (xk + yk )zk = xk zk

+ yk zk = ( x, z

 

k =1

 

k =1

k =1

 

n рассматривается

z )

Замечание. Скалярная функция

 

 

 

m

 

 

 

 

( x, y )= xk yk , m < n

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

очевидно, удовлетворяет условиям 2

, 3

, 4 и почти условию 1

, кроме уточнения

 

(

 

?

 

 

 

Действительно,

=

0 x = 0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

m

m

 

 

 

 

xm +1, ... , xn

0 = ( x, x )= xk xk = (xk )2

 

xk = 0,

m < n;

k =1

k =1

 

 

 

 

 

т.е. “скалярный” квадрат

( x, x )= 0

равен

нулю для

ненулевых векторов x 0 с

ненулевыми последними компонентами xm +1,

... , xn .

 

 

66

№ 11.1. b.

В пространстве Pn полиномов p, q, r, ... степени (n1) рассматривается скалярная функция

n

( p, q ) = p (xk ) q (xk )

k =1

Проверим справедливость аксиом

n

1 ( p, p ) = p(xk ) p(xk )

k =1

Отдельно уточним требование

n

= (p(xk ))2 0

k =1

(= 0 p = 0). Имеем

(

 

 

p ) = 0

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

p,

p(xk ) p(xk ) = (p(xk ))2

= 0 p(xk ) = 0,

k = 1,..., n

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

k =1

(n 1)

 

n корней,

 

 

 

 

Следовательно,

полином

степени

имеет

что

возможно

только в

тривиальном случае p(x) 0

p =0 . В обратную сторону p = 0 ( p, p)= 0

очевидно.

Проверка оставшихся аксиом 2 , 3 , 4 аналогична № 11.1. a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

( p, q )= p(xk ) q(xk ) = q(xk ) p(xk ) =( q, p )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1n

 

k=1

n

 

 

=α ( p, q )

 

 

 

 

 

 

3

(α p, q )= α p(xk ) q(xk ) =α p(xk ) q(xk )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

k=1

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

( p +q, r )= (p(xk ) +q(xk ))r(xk ) = p(xk ) r(xk ) +q(xk ) r(xk ) =( p, r )+( q, r )

 

 

 

 

 

 

k=1

 

 

 

k=1

k=1

 

 

 

 

Замечание. Скалярная функция

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( p, q )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= p (xk ) q (xk ), m < n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

 

 

( p, p )= 0 для

не является скалярным

произведением, т.к. “скалярный”

квадрат

ненулевого полинома p = p(x) = (x x1) ... (x xm ) 0 степени (n

1).

 

№ 11.1. c.

 

Pn a, b

 

 

p,

q, r, ...

 

(n 1)

 

 

В

 

пространстве

полиномов

степени

рассматривается

скалярная функция

 

p, q )= bρ(x) p(x) q(x)dx, ρ(x) > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

Снова остановимся на проверке наиболее неочевидного требования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( = 0 p = 0 )

 

 

f (x) 0

 

Вспомним, что если, для непрерывной

неотрицательной функции

интеграл

b

f

(

)

 

, то

f (x) 0

. Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

x dx = 0

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = (

p, p )= ρ(x)(p(x))2dx ρ(x)(p(x))2 0 p(x) 0 p = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остальные свойства очевидны.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(

p, q )=bρ(x) p(x)q(x)dx = bρ(x) q(x) p(x)dx = ( q, p )

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

(α p, q )=bρ(x) α p(x)q(x)dx = α bρ(x) p(x)q(x)dx =α ( p, q )

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

a

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

4

 

(

p +q, r )=ρ(x)(p(x) +q(x))r(x)dx =ρ(x) p(x)r(x)dx +ρ(x)q(x)r(x)dx =( p, r )+( q, r )

 

 

 

 

 

a

 

 

 

a

 

 

a

 

 

 

 

67

№ 11.2.

Нормой

 

 

вектора

называется скалярная

 

 

 

функция

a

векторного аргумента,

удовлетворяющая условиям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

a

 

 

 

0 (= 0 a = 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a +b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

α a

 

 

 

=

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

a + b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

+

 

 

 

b

 

 

 

- неравенство треугольника.

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Если скалярное произведение определено, то норма задается равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

=

 

( a, a )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда имеет место неравенство Коши-Буняковского

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( a, b )

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метрикой называется скалярная функция ρ(a, b) двух векторных аргументов, удовлетворяющая условиям:

1 ρ(a, b) 0 (= 0 a = b)

2ρ(a, b) = ρ(b, a)

3ρ(a, b) ρ(a, c) + ρ(c, b) - неравенство треугольника

Замечание. Если норма определена, то метрика задается равенством

ρ(a, b)= a b

№ 11.2. a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

n

Rn : ( x, y )= xk yk

 

 

 

 

x

 

 

 

=

 

xk 2

ρ(x, y)

= (xk yk )2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

k =1

Неравенство треугольника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

n

 

 

x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

+

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

(xk + yk )2

xk 2 +

yk 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

k =1

 

k =1

Неравенство Коши-Буняковского

 

 

 

 

 

 

 

( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

2

n

n

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

xk yk

xk

2 yk

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

k =1

k =1

 

 

 

№ 11.2. b.

Pn a,b :

( p, q )= b p (x)q (x)dx

 

 

 

p

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неравенство треугольника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

(p(x) + q(x))2 dx

 

p + q

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

+

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

b

 

b p(x)2 dx ρ(p, q)=

(p(x) q(x))2 dx

a

a

 

b p(x)2 dx +

bq(x)2 dx

 

a

a

 

Неравенство Коши-Буняковского

 

 

 

 

( p, q )

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

b p(x)q(x)dx

 

2 b p2 (x)dx b q2 (x)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

a

a

68

№ 11.3.

Векторы a, b называются ортогональными, если ( a, b )= 0 .

Базис {e } ={... , ei , ... , e j , ...} называется ортонормированным, если ( ei , e j )

=δi vj .

В

 

 

евклидовом

пространстве из произвольного

базиса { f } ={ f1, f2

, f3 , ...}

 

с помощью процесса ортогонализации Грама-Шмидта

 

f3

 

можно получить ортонормированный.

 

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

1

 

 

= f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g1

 

 

 

e1

 

 

 

g1

 

 

 

= ?

e1 =

 

 

 

 

f2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g1

 

 

g1 = f1

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2 = f2 α21 e1

 

 

 

 

 

 

 

 

g2 e1

 

( g2 , e1 )= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

g2

 

 

 

= ?

 

e2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3 = f3 (α31 e1 +α3 2 e 2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3

e1

 

( g3, e1 )= 0

 

e

 

 

( g3

, e2

)= 0

g

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3

 

 

g

 

 

 

 

= ?

 

e

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

g3

 

 

И т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α21 = (

f2 , e1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e1

 

f2

 

 

 

f1

 

 

 

 

 

 

g3

 

f3

 

α31 = (

f3 , e1 )

e3

 

 

 

α3 2 = (

f3 , e2 )

e2

 

 

 

 

 

 

 

 

f1

e1

 

f2

 

 

 

 

 

Замечание. Построенный на k -том шаге вектор gk

gk

= fk (αk1 e1 + ... +αk, k 1 ek 1 )= fk + (* f1 + ... +* fk 1 )

 

 

 

 

 

 

gk =

 

 

 

 

gk

 

 

 

ek f1, ..., fk 1

 

 

 

 

можно рассматривать, как “высоту”

k -мерного “параллелепипеда”

{

 

f1, ... , fk 1, fk },

в основании которого лежит (k 1)-мерный “параллелограмм” {

f1, ... ,

 

fk 1 }. При этом,

 

 

g1

 

 

 

 

 

 

 

= L - длина вектора g1 = f1

{ f1, f2 }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{ f1 }

и высотой { g2 }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

g2

 

 

 

 

 

 

= S - площадь параллелограмма

с основанием

 

 

 

 

 

S

 

g3

 

 

 

 

=V

- объем параллелепипеда {

f1, f2 , f3 }

с основанием {

f1, f2 }

и высотой { g3 }

 

 

 

 

И т.д.

 

Отсюда вытекает геометрический смысл определителя

 

 

 

 

 

 

 

±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//

det A =det

f1, f2 , f3, ...

=det g1, g2 , g3, ... =(

 

 

 

 

g1

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

 

 

 

 

 

 

g3

 

 

 

... ) det e1, e2 , e3, ... V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

модуль которого равен “объему” n -мерного параллелепипеда {

 

f1, f2 ,

f3

, ...}, а знак ±

определяет, так называемую, ориентацию базиса ( “правого” или “левого”).

69

№ 11.3. b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f =

 

 

4

 

,

f

2

=

 

 

 

5

 

,

f

3

=

 

5

,

f

4

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g1

 

 

 

 

 

 

 

g

 

=

f

 

= 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

= 8

e =

 

 

 

 

 

 

 

= 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

g1

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

2

= f

2

α

2 1

e

1

=

 

5

α

2 1

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α2 1 = (

f2 , e

1 ) = 1

 

(5 (1) +5 (−1)+1 1+1 1) =−4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

 

1

 

5

(4)

1 1

 

=

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

= 6 e2 =

 

 

 

 

 

= 1 ±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g2

 

 

 

2

 

±1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3 = f3 (α31 e1 +α3 2 e2 ) =

 

 

5

α31

1

1

 

α3 2

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

2

 

 

1

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α31 = (

 

f3, e1

) =

1 (1 (1) +5 (1) +7 1+3 1) = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f3

, e2

 

 

 

2

(1 1 + 5 1 +7

1 + 3 1) = 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α3 2 = (

 

)= 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3

 

 

 

 

1

 

5

2

1 1

 

8

 

1

1

 

 

=

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

=4

e

 

 

=

 

 

 

=1

±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

g3

 

 

2

 

±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g4 = f4 (α4 1e1 +α4 2

α4 1

α4 2

α4 3

e2 +α4 3 e3 )

=( f4 , e1 )

=( f4 , e2 )

=( f4 , e3 )

 

6

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

=

2

α

4 1

1

1

 

α

4 2

1

1

 

α

4 3

1

1

 

 

4

 

2

 

1

 

 

2

 

1

 

 

2

 

1

 

 

 

4

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 12 (6 (1) +2 (1) 4 1+4 1) = −4

= 12 (6 1 + 2 1 4 1 + 4 1) = 4

= 12 (6 (1) +2 14 1+4 (1)) = −6

 

6

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g4

 

 

1

 

2

(4) 1 1

 

4 1

1

(6) 1

 

1

 

=

 

1

 

 

 

 

 

g4

 

 

 

=2

e4 =

 

 

 

=1 ±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

 

1

 

 

2

 

1

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g4

 

 

 

2

 

1

 

 

4

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак,

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

= 1

1

 

,

e

2

= 1

 

±1

 

,

e

 

= 1

±1

 

,

e

4

 

 

 

= 1

±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

1

 

 

 

2

 

1

 

 

3

 

2

 

±1

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]