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

книги из ГПНТБ / Дроздов Н.Д. Линейная алгебра в теории уравнивания измерений

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
9.33 Mб
Скачать

Теорема

43.

Система

Аж =

Ъ идеально

обусловлена в том

и

только в том случае, когда АА*

=

к2Е.

 

 

А || А

|| || А - 1 || =

|/шах

Аг/цііп А,- =

1 тогда и только

тогд

когда max Яг =

m i n Я,-, т. е. все собственные числа матрицы АА*

і

 

і

 

 

 

 

 

равны между собой. Они положительны, так как АА* положи­ тельно определена, поэтому обозначим их через к2. Как отмечено при выводе следствий из теоремы 38, существует такая матрица М,

что М А А * М - 1 =

к2Е.

Отсюда АА* = М " 1

2Е)

М =

к2Е.

V

Теорема 44.

Если

|| ВВ* — ft*E|| <

|| АА*

-

А|Е

||, где к{

и к\ — средние арифметические из максимального и минимального

собственных

значений

соответственно

матриц

ВВ*

и АА*,

то

||В || [| В -

1 || <

||А

ЦЦА"1

||, т. е. система Вх =

с лучше

обусло

влена,

чем

система

Ах = Ь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

Пусть

D — диагональная матрица собственных

значений А,-

матрицы СС* (здесь С =

А или С =

В). По следствию 1 теоремы 38

существует

такая ортогональная

матрица М, что M C C * M _ 1

=

D.

Тогда

и

М (СС* -

А:2Е) М " 1

-

D

-

к2Е

=

D'.

Здесь

D '

-

также диагональная матрица

с элементами

d{.

Так

как [см. (90) ]

ортогональная матрица перехода преобразует ортонормированный

базис в

ортонормированный,

то подобные

матрицы

СС* — к2Е

и

D ' =

D — к2Е описывают

одно

и то же

преобразование

(см.

§ 50) в

разных ортонормпроваииых

базисах

и

потому, по

опре­

делению норм матриц (см. стр. 153), ||СС* —/с2 Е

|| =

|| D—2 Е\\ =

=

|| D ' || = max | dt |. По условию теоремы к =

(max Я,- -f- m i n Я,)/2

Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

max \а. = max

.

max КІ + min A;

к

5

max Я; — min А,-

 

Отсюда,

чем больше

|| СС* — /с2Е|| =

m a x ^

т т

^

; Т е м

л

21| С С* — А2ЕЦ

шахА,-

.

 

 

m a x Я/

V

больше —

:—:

= — ^

 

1, а следовательно, И

:—я-Ч

 

 

m i n A i

m m А;

 

"

 

m i n A;

v

 

В связи с теоремами 43 и 44 стоит

заметить следующее. Если

ортогонализовать и нормировать уравнения системы

Ах =

Ь, то

получится новая система Вх =

с, где

В = КА

и с =

Kb,

а К

матрица ортогонализации

(см.

§ 32).

Вычислительные

ошибки

могут при этом привести к одному из двух. В первом случае, когда умножения КА и К б проведены с округлениями, то система Вх =

=с, вообще говоря, не будет эквивалентна исходной системе Ах =

=Ь. И потому, несмотря на то, что система Вх = с идеально обус­

ловлена, корни ее тем более отличаются от корней системы Ах =

= Ъ,

чем хуже эта последняя обусловлена. В данном случае будем

иметь

эффект решения плохо обусловленной системы методом

ортогонализации. Во втором случае, когда

умножения КА и Kb

проведены точно, система Вх = с вполне

эквивалентна

системе

Ах — Ь. Но если при вычислении матрицы К допускались

округ-

ления, то

В = КА будет тем более отличаться от ортогональной,

чем хуже

обусловлена система

Ах =

Ъ. (Действительно,

так

как

для ортогональной матрицы В =

К А имеем 1

В* = В - 1 =

. А - 1

К " 1 ,

то А - 1 =

В*К и потому округления

при

вычислении

К

равно­

сильны округлениям при вычислении А - 1 ) . Но если будет выпол­ няться неравенство ||ВВ* — к*Е || < ||АА* — АзЕЦ.то переход к системе Вх — с будет давать эффект улучшения обусловленности

системы.

§57*. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ГИПЕРЭЛЛИПСОИД

Впространстве Еп рассмотрим уравнение

/ ( х , x ) + 2Z(x) + 6 = 0,

где / (х, х) — квадратичная, а I (х) — линейная формы. В орто­ нормированием базисе оно примет вид

 

х*Ах + 2а*х-\-Ь = 0,

 

(159)

где А — матрица

квадратичной формы, а

а — столбец

коэффи­

циентов линейной

формы.

 

 

Множество всех точек с координатами

х = \[Хххг

. . .хп\\*,

которые обращают уравнение (159) в числовое равенство, называют

гиперповерхностью

I I порядка в Еп.

В частности, при п =

2 это

линия I I порядка,

а при п — 3 — поверхность I I порядка.

 

Если в (159) произвести замену

переменных

 

 

х = х+х0,

 

(160)

то оно примет вид

 

 

 

{х + х0)* А(х + х0) + 2а* (х + х0) + Ь = 0.

После проведения указанных здесь действий с учетом того, что х*Ах0 = х*0Ах, получим

здесь

 

 

х*Ах +

2(Ах0±а)*х

+

Ь~==0.

 

 

(161)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ь

XQAX0 +

2а* х0

+

Ъ.

 

 

 

Если

det А Ф

0, существует единственный столбец х0

такой,

что

Ах0 -}- а =

0.

В этом случае говорят,

что вектор

х 0

со столбцом

координат

х0

определяет

центр

гиперповерхности

(159), а

сама

1

См. формулу (90).

 

 

 

 

 

 

 

И Заказ 2 041

эта гиперповерхность называется центральной. Если х0 — стол­ бец координат центра, то (161) примет вид х*Ах + 6~ = О или, с учетом (160),

(х~х0)*А

( z - z 0 ) + 6 = 0.

(162)

По следствию 1 теоремы 38 можно найти такую ортогональную матрицу М (поворот базиса), что М*АМ = D, где D — диагональ­ ная матрица, составленная из собственных чисел %г , Я2 , . . ., Я„

матрицы

А.

Если

теперь принять

х — х0 =

Мх, то ио

(162)

х*М*АШ

+ 6

= 0

или x*Dx

+

6 =

0.

 

 

В развернутом виде это выражение

примет вид

 

 

 

К &)а

+ ^ (*2)2

+

• • • +

К (4) 2 +

6 - 0 .

(163)

По аналогии с двумерным и трехмерным случаями считается, что поворот базиса не изменяет «геометрический вид» гиперповерх­ ности, т. е. уравнения (163) и (159) определяют одну и ту же гипер­ поверхность в разных координатных системах.

В двумерном случае

XjX- + \2у~ + 6 = 0

(163')

представляет собой каноническое уравнение кривой I I

порядка.

Из него следует, что если матрица А положительно или отрица­ тельно определена, т. е. по следствию 2 теоремы 38, если Хх и Я2 имеют одинаковые знаки, к тому же противоположные знаку 6, то кривая (163') является, как известно из аналитической геометрии,

эллипсом с квадратами

полуосей

 

 

ог; =

ь

 

ъ

1 1 - 1 * 1

. 1 1 . | _

К

и сг| =

, т. е

 

 

 

 

 

 

 

По аналогии с плоским случаем говорят, что уравнение (163) и, следовательно, (159') задает гиперэллипсоид, если все Xt имеют одинаковые знаки (А — знакоопределенная), а 6 — противополож­ ный знак. Числа о? = | 6/Я,-1 называют квадратами полуосей гиперэллипсоида, так что | ЯJ = | b\/ah

Рассмотрим теперь плотность нормального распределения [см. (135)]

d e t K - i

(Х-Х0)* К - '

(.У-*.)

 

 

 

2

 

 

 

 

 

(2п)п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и найдем геометрическое место

точек

х —

ЦЖц

х2,

. . ., хп\\*,

 

гр

/det

 

К-1

п о с т о я н е н '

в которых эта плотность постоянна. 1ак

как

у

(2

я)"

то это условие можно записать

в

виде е 2

=

е

2

,

где к — постоянна (можно

показать,

что

0

к

<^оо).

После

потенцирования получается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(х — х0)* К - 1

(х — х0) = к.

 

 

 

 

Так

как

весовая

матрица

К - 1

положительно

определена,

то при

к >

0 это уравнение задает гиперэллипсоид

 

 

 

 

(*i)2

• Ы 2

,

 

,

 

_ ,

 

 

 

 

 

ol

а|

" Г • • • І "

а 2

 

 

 

 

с квадратами полуосей а! = &/Я^, где Kt — собственные числа матрицы К - 1 . Его называют корреляционным гиперэллипсоидом

нормального распределения.

И*

 

Г л а в а

8

 

 

 

ОБОБЩЕННЫЕ ОБРАТНЫЕ МАТРИЦЫ

 

 

§ 58. ПСЕВДООБРАТНЫЕ

МАТРИЦЫ

 

В § 25 для данной матрицы А уравнениями (67)

 

 

~S AA = E и А А - Е = Е

 

определялись

матрицы ~Е А и А~Е .

Там

было доказано, что

~Е А

и А~Е вместе

существуют в том и только

том случае, когда

А —

квадратная невырожденная матрица. При этом такие матрицы единственны и _ В А = А~Е = А - 1 .

Если А — неквадратная матрица, то оба равенства (67) одно­ временно не выполняются. Действительно, если А — горизон­ тальная матрица, то уравнение ~Е АА = Е или, иначе, А* (~Е А)* =

= Е с неизвестной матрицей ~Е А по теореме 13 и следствию

тео­

ремы

14 Кронекера — Капелли несовместно. Уравнение

же

АА~6 =

Е совместно тогда и только тогда, когда строки матрицы А

линейно независимы (будем в этом случае говорить, что А — строчно-невырожденная матрица). При этом решение А~е не единственно.

Аналогично для вертикальных матриц В устанавливается, что уравнение ВВ~Е = Е всегда несовместно, а _ 6 В В = Е совместно в том и только том случае, когда столбцы матрицы В линейно не­ зависимы (в этом случае будем говорить, что В — столбцово-невы-

рожденная матрица). При этом

решение

~6 В не единственно.

Всюду в дальнейшем будем выделять

неквадратные

строчно-

или стол бцо во-не вырожденные

матрицы

наклонным

шрифтом,

например А, В.

 

 

 

Все решения ~*В уравнения

 

 

 

~гВВ = Е

 

(164')

сстолбцово-невырожденной матрицей В назовем матрицами,

псевдообратными

слева к матрицей , а все решения А'г

уравнения

 

"АА"* = Е

(164")

со строчно-невырожденной матрицей А — матрицами,

псевдооб­

ратными справа

к А [11].

 

Как видим, псевдообратные слева (справа) матрицы имеются лишь и только лишь у столбцово-невырожденных (строчно-невы­ рожденных) матриц.

По соображениям размерности из (164') и (164") следует, что ~гА и А~* имеют размерность матрицы А*. Выражение (164') можно рассматривать также как уравнение с неизвестной матри­ цей В. Если предположить, что строки Z? линейно зависимы, то по теореме 13 и следствию теоремы Кронекера — Капелли это

уравнение не имело бы решения. Поэтому матрицы

 

 

обяза­

тельно строчно-невырожденные. Аналогично все матрицы

А~а

обязательно

столбцово-невырожденные.

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 59. ТЕОРЕМА О ФИКСАЦИИ ПСЕВДООБРАТНЫХ

МАТРИЦ

Множественность псевдообратных матриц ставит вопрос о со­

поставлении их между собой. В решении этого вопроса

важную

роль играет следующая теорема [11].

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 45

(о фиксации псевдообратных матриц).

 

 

 

 

1. Пусть

А

и Р — строчно-невырожденные

матрицы одинако­

вых размеров, удовлетворяющих условию

det (АР*)

ф

0.

В

этом

и только этом случае существует единственная матрица

А~е

такая,

что каждый ее столбец содержится в линейной оболочке

L

[Р*]

столбцов матрицыР*, т. е. L [А~е]

=

L [Р*],

Такую

матрицу

А~е

обозначим через Ар*.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Пусть В

и R — столбцово-невырожденные

матрицы

одина­

ковых размеров, такие, что det (R*B)

Ф 0. В этом и только

этом

случае существует единственная матрица ~SB , каждая

строка

которой содержится

в

линейной

оболочке

L

[R*]

 

строк

ма­

трицы R*,

т. е. L

[~е В]

= L

[R*].

Такую

матрицу

~гВ

обозна­

чим через дБ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д Рассмотрим любую столбцово-невырожденную матрицу С,

такую, что L

[С] =

L [Р*] =

L . Так как столбцы матриц С я Р*

образуют базисы в L , то по теореме 18 существует матрица пере­

хода М такая, что

С =

Р*М.

Чтобы

было

С =

А~%

должно

вы­

полняться

условие

 

(164"), т. е.

АС

=

АР*М

= Е.

Так

как

det (АР*)

Ф

0,

то

это

возможно

при М =

(АР*)'1.

 

Так полу­

чается единственная

матрица

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А?=Р*£АР*)-\

 

 

 

 

 

 

 

 

(165')

удовлетворяющая условию L [АРе]

— L

IP*].

 

существует

ма­

Наоборот,

для

произвольной

матрицы

А~г

трица Р,

например

Р = (А~*)*,

такая,

чта

L

[А~*-] =

L

[Р*]

и det АР*

ф

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично

доказывается

(2). При этом получаем, что

 

 

 

 

 

 

 

 

JiB=-(R*B)-1R*.

 

 

 

 

 

 

 

(165")V

Матрицы А~р и н-б, определяемые формулами (165') и (165"), будем называть псевдообратными к А или В матрицами, фикси­ рованными в подпространстве L [Р* ] или L [R* ]. При этом фикси­ рующую роль играют именно L [Р*] или L IR*], а не Р* или R*. Иначе говоря, замена матриц Р или R другими базисными матрз-

цами

Р'

=

N P

или

R'=

RK

тех

же

подпространств L [Р*]

и L

[R* ] не изменит матрицу А~р или R*B

. Действительно,

А?- =

P*N* (ЛР*/^*)"1 =

P*iV* (N*)"1

(АР*)-1

= У?* (ЛР*)"1 ;

^<73 =

(Кт^В)-1

К*Д* =

 

 

( К * ) -

1 К*Д* ==

(R*B)~lR*.

Пример,

Найти ^4ps

для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

4

=

 

если

Р*

=

1

1

 

 

 

 

2

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

Р е ш е н и е .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АР*-.

 

 

det АР*

=

2ф0;

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(АР*у

•і

_

±

-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 1

 

1

- 1

 

1

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 1

 

 

•1

 

0

 

 

 

 

1

1

 

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

0

 

- 1

1

 

 

3

-

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 60. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПСЕВДООБРАТНЫХ МАТРИЦ

Из формул (165') и (165") с очевидностью вытекают следующие свойства Псевдообратных матриц.

Пусть А и Р — строчно-невырожденные, а В и R — столб- цово-невырожденные матрицы, удовлетворяющие условию тео­ ремы 45, а С — невырожденная квадратная матрица подходящего порядка. Тогда

1.

( А Р ) *

=

Р%(А*) и

(SB)* = (В*)Ъ%.

2.

 

 

 

 

 

3.

(СЛ)р« =

(Ар*) С-*

и ~RS (ВС) =

С"* (й'Я).

4.

(АС)?

=

С-1РЪ)

И n-(C£) =

(&RB)C-K

5.А* Ш)=,А и (ЖВ)Ъ**=В.

Первое свойство, очевидно, следует из формул (165') и (165"). Что касается второго свойства, то по теореме 45 левая его часть существует тогда и только тогда, когда существует правая. Про­ верка же равенства 2 состоит в применении к его правой части

формул (165') и (165").

Для проверки третьего свойства необходимо убедиться, что когда А — строчно-невырожденная, a det С Ф 0, то произведение СА — строчно-невырожденная матрица.. Для этого (см. § 10) линейная комбинация I (СА) строк матрицы СА (I — строка коэф­ фициентов этой комбинации) приравнивается нулю. Умножая обе

части уравнения

I (СА) =

0 справа на

А~ЪС~Х, получим I =

0.

Это и указывает на линейную независимость строк матрицы

СА.

Так же доказывается, что

когда В

столбцово-невырожденная

и det С Ф 0, то

произведение ВС

столбцово-невырожденная

матрица. Равенства 3 проверяются непосредственным примене­ нием формул (165') и (165").

Для доказательства свойства 4 необходимо убедиться, что строки .АС (столбцы СВ) линейно независимы, если строки А

(столбцы В) линейно независимы и det С Ф

0. Для

этого рассма­

триваем уравнение I (АС) =

0 ((СВ)т = 0). Умножением его справа

на С- 1 /1~Е (слева на '"ВС'1)

получим, что

I =

0

= 0). Далее

по (165')

 

 

 

 

(АС)? = Р* (АСР*)'1

= С-аС7?* (АСР*)'1

= C-Mpfc*.

Аналогично доказывается второе равенство 4.

 

 

Пятое свойство доказывается непосредственным

применением

к их левым частям формул

(165') и (165").

 

 

 

§ 6 1 . ПСЕВДООБРАТНЫЕ МАТРИЦЫ

 

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ВЕКТОРОВ НА

ПОДПРОСТРАНСТВА

С понятием псевдообратных матриц связана геометрическая задача проектирования векторов на заданное подпространство,

обобщающая

задачу о

перпендикуляре.

 

 

 

 

 

 

 

В евклидовом пространстве

Еп

 

рассмотрим

подпространство

L

[33] с каркасом полного

ранга 33 =

{Ь^, Ь2 ,

. . ., b m ) .

Заданный

вектор х

^ Еп

представим

в виде

х

=

 

 

 

 

 

 

= х ' + х", где х '

[33],

т.

е.

[см.

 

 

 

 

 

 

(38)] х ' =

53с. Так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х " = - 3 3 с +

х,

 

 

 

(166)

 

 

 

 

 

 

и

потому

[см.

94)]

х"

принадлежит

 

 

Рис.

10

 

 

линейному многообразию с базисом 33,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

переменным столбцом (—с) и сдвигом на вектор х. По теореме

22

то же многообразие можно задать неявным уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21х" =

w,

 

 

 

 

 

(167)

где

w =

21х. Здесь 21 — базис

ортогонального

дополнения под­

пространства L

[33] до

полного пространства

Еп.

 

 

 

 

Зададимся еще одним подпространством L

[ЇЯ] в Еп

с

карка­

сом полного

ранга Ш = х ,

г 2 ,

. . ., r m }

и того

же порядка,

что

и

33

(поэтому

размерности

L

[53] и

L

[9t] одинаковы).

Потре­

буем, чтобы

det 9ЇЗЗ Ф 0, т.

е.

согласно

следствию 1 теоремы 21

подпространства!/ [33]иІ/ [ОЇ]не должны быть ортогональными. Требуется найти такое разложение (166), в котором х " _L L [91] или иначе SRx" = 0 (рис. 10). Тогда вектор х ' назовем косой про­

екцией вектора х на подпространство L [33].

 

Для решения этой задачи

умножим обе

части

(166) на

9Ї.

С

учетом условия 9Ъс" =

0 получим

Оїх =

(9Ї23) с,

откуда

с =

=

(9Ї23)'1 ( х) и

 

 

 

 

 

 

 

х" =

33с =

23 (9ЇЄ)"1

(9їх).

 

 

(168)

Как видим, задача косого проектирования решается одно­ значно .

Можно дать другое решение этой задачи, исходя из уравнения 167). Так как х " JL L [91], то х " £ L [<£>] или

 

 

 

х" =

 

 

(169)

где ^ — базис

ортогонального

дополнения

подпространства

L [91] до

всего

пространства

Еп.

Подстановка

(169) в

(167)

дает

ЗІ С^РЛ) =

(21^)

к — w. Из

единственности решения

задачи

ко­

сого проектирования следует, что столбец к в разложении (169) вектора х " по б а з и с у ^ должен определяться однозначно. Поэтому

det (21^)^=0

и

к =

(Щ>)~1

 

w.

Отсюда

х"

=

^(Щ))'1

 

w

=

=

ф ( 2 1 ^ ) _ 1 (31х) и окончательно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х' = х-с Р(31с Р)-1 (31х).

 

 

 

 

 

 

(170)

 

Частным случаем косого

проектирования

 

при

L

[9І] =

L

[23]

и

L [21 ] =

L

[^р ]

служит

 

ортогональное

 

проектирование

 

на

L

Р р ] . В этом

случае

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х' = 23(2323)-1(23х);

 

 

 

 

 

 

(168')

 

 

 

 

 

 

х" = х -

ЗІ (2Ш)"1

(31х).

 

 

 

 

 

 

(170')

 

Так как здесь х" _!_ L

[23], а х'

g L

 

[23], то в разложении

х

=

=

х ' +

х "

х ' J _ х",

так что формулы (168') и (170') задают

проек­

ционное преобразование

вектора х (см. § 54).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

координатного

 

представления

(168)

 

и

(170)

зададимся

в

Е„ некоторым

базисом $

 

с

метрической

 

матрицей

G.

Пусть

В,

R', А' и Р* — матрицы

каркасов

23, 9Ї, 21 и

а х,

х' ж

х"—

столбцы

векторов

х,

х',

х "

в

этом

базисе.

Тогда

9Ї23

=

=

R'*GB,

 

9їх =

R'*Gx,

 

 

 

 

=

A'*GP*

и

2Ix =

A'*Gx.

Или,

если ввести обозначения

R

=

GR'

и А*

=

GA',

то

9Ї23 =

 

R*B,

ffix

= R*x,

%ср

=

АР*

 

и

2їх =

Ах.

Поэтому

преобразованиям

(168) и (170) будут соответствовать такие их координатные пред­ ставления:

 

x' = B{R*B)-1R*x

=

B(gB)x;

 

(171)

a? =

х - Р*

(АР*)-1 Ах =

х — (А?)

Ах,

(172)

а проекционным

преобразованиям

(168') и (170'), когда R'

= В

и Р = А' и поэтому R =

G2? и ?

=

G"44*,

соответствуют

пред­

ставления

 

 

 

 

 

 

 

 

х' = В(айВ)х;

 

 

(171')

 

** = a:-(i42b-.)-4«.

 

(172')

Такова связь псевдообратных матриц с задачей проектирова­ ния (косого или ортогонального) векторов х Є Еп на заданное подпространство L [23].

§ 62. ОБРАЩЕНИЕ НЕВЫРОЖДЕННОЙ КВАДРАТНОЙ МАТРИЦЫ, РАЗБИТОЙ НА ДВА БЛОКА

Сравнение выражений (171) и (172) приводит к равенству

В(^В)х=[Е~ (АР*)А]х

при любом х Є Rn. Отсюда по теореме 1

 

 

 

B(-R>B) +

(AP*)A

=

E.

 

(173)

Здесь

АВ

= A'*GB

= 0,

a

R*P

=

R'*GP

= 0,

так как

по

построениям и § 34 L

[23 ] и L

[^

] ортогонально дополняют соот­

ветственно

L

[21] и L

[9ї]до Еп.

Кроме

того, с учетом следствий

из теорем

13

и 12 (см.

§ 23), rang А

=

rang (A')*

G =

rang А'

=т и rang В = rang GR' = rang R' — т, где т — размерность

подпространства L [21] или L [ЭП. По построению

же

23 и

 

rang В =

rang Р =

п — т,

 

где

п — т — размерность

L [231

или L

[<}!>]. Поэтому

[см. (71) и

(72)] В ж Р — фундаментальные

матрицы

решений

соответственно систем

уравнений

Ау =

О

и

R*z

=

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

Так

как

по

(165')

и

(165")

А?А

=

Р*

(АР*)-1

А

=

=

Р*

[7* (Р*)]

или

В (~ReB)

== Я

( й * ^ ) - 1

Л*

=

ЦЯ*)іе *] Л*,

то

выражению (173) можно придать вид

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

В$В)

+

Р*[-£(Р*))

= Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ap*A +

[(R*)-Bs*]R*

=

E.

 

 

 

 

(173')

 

Их можно также записать в блочном виде как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(174)

 

 

 

 

 

 

1 4 ? , ( Л * ) в Ч І д * | = Е.

 

 

 

 

 

 

Как

уже

было

отмечено выше,

размеры

матриц В

 

и Р

таковы,

 

 

 

 

 

А ..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что

|| В,

Р* || и

— квадратные

и

по

(174)

с

учетом тео-

 

 

 

 

 

R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ремы 13 невырожденные,

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из

(174) вытекает следующее

утверждение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\А

-

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 46.1) Если А = R* — произвольная невырожден­

ная квадратная матрица, разбитая на два горизонтальных блока А и R*, то А - 1 = \\Аре, (7?*)в* ||, где Р* — фундаментальная

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ