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

Алгебра лекции 2 семестр

.pdf
Скачиваний:
50
Добавлен:
18.05.2015
Размер:
6.46 Mб
Скачать
2 . (3)

N1

F = I =1 ZI 2 + γ ZN

Определитель формы, стоящей в правой части равенства (3), равен γ . Поэтому достаточно доказать, что число γ положительно.

Так как правая часть равенства (3) получена из формы f двумя

невырожденными линейными преобразованиями, а определитель

формы f был, как последний из главных миноров, строго

положителен, то и определитель формы, стоящей в правой части

равенства (3), положителен. Значит,

γ > 0 , что и завершает

доказательство.

 

 

 

 

 

 

 

ПРИМЕРЫ.

 

 

 

 

 

 

 

1. Квадратичная форма

 

 

 

 

 

 

F = 5X12 8X1X2 + 4X1X3 + 5X22 4X2X3

+ X32

положительно определена, т.к. все её главные миноры

 

 

 

 

 

 

 

5 4

 

 

 

5 4

2

 

= 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

= 5,

 

 

= 9,

 

4 5 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 5

 

 

 

2 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

строго положительны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Квадратичная форма

 

 

 

 

 

 

F = X12

3X22 + X32

+ 6X1X2

2X1X3 + 8X2X3

не будет положительно определённой, т.к. её второй главный минор

 

 

1

3

 

 

= −12 отрицателен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

По аналогии с положительно определёнными квадратичными

формами можно ввести отрицательно определённые квадратичные

формы, т.е. такие невырожденные квадратичные формы с

действительными коэффициентами, канонический вид которых

содержит лишь отрицательные квадраты переменных. Вырожденные

квадратичные формы, канонический вид которых состоит из

квадратов одного знака, называются полуопределёнными.

Неопределёнными

называются квадратичные формы, канонический

вид которых содержит как положительные, так и отрицательные квадраты переменных.

51

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Аргумент комплексного числа, 11 Базис ─ ортонормированный, 33

─ последовательности векторов, 19 ─ пространства, 20 Вектор, 17 ─ нормированный, 33

Векторное пространство, 17 ─ евклидово, 31 Векторное уравнение, 18 ─ однородное, 18

Геометрический смысл модуля, 11 Действительная ─ ось, 9

─ часть комплексного числа, 8 Дефект линейного оператора, 35 Изоморфизм ─ векторных пространств, 25

─ евклидовых пространств, 33 Квадратичная форма, 48 ─ вырожденная, 48 ─ невырожденная, 48

─ положительно определённая, 53 Квадратичной формы ─ главные миноры, 54 ─ канонический вид, 50 ─ матрица, 48

─ матричная форма записи, 49 ─ отрицательный индекс инерции, 53

─ положительный индекс инерции, 53 ─ сигнатура, 53 Комплексная плоскость, 9

Координатная строка (столбец) вектора в базисе, 22 Корень n-ной степени из комплексного числа, 14 Линейная выразимость, 18 Линейная комбинация векторов, 18

Линейная оболочка последовательности векторов, 23 Линейный оператор, 34 Матрица ─ квадратичной формы, 48

─ линейного оператора, 38 ─ перехода от одного базиса к другому, 41 Мнимая ─ единица, 3 ─ ось, 9

─ часть комплексного числа, 8 Модуль комплексного числа, 8 Неравенство ─ Коши –Бунявского, 32

─ треугольника, 32 Норма вектора, 31

Образ линейного оператора, 35 Ортогональное дополнение подпространства, 30 Ортогональные векторы, 29 Подпространств ─ пересечение, 24

─ прямая сумма, 25 ─ сумма, 24

Подпространство векторного пространства, 23 Поле комплексных чисел, 3, 5

52

Последовательность векторов, 18 ─ линейно зависимая (ЛЗ), 19 ─ линейно независимая (ЛНЗ), 19 ─ ортогональная, 29 ─ ортонормированная, 33 Пространство

─ векторное (линейное) над полем P, 17 ─ конечномерное, 20 Размерность пространства, 20 Ранг ─ квадратичной формы, 48

─ линейного оператора, 35 ─ последовательности векторов, 20 Скаляр, 17 Скалярное умножение, 28 ─ невырожденное, 28 ─ нулевое, 28 ─ стандартное, 28

Собственное значение линейного оператора, 44 Собственный вектор линейного оператора, 44 Сопряжённое число, 8 Спектр линейного оператора, 47 Теорема

─ закон инерции квадратичных форм, 53 ─ критерий подпространства, 23

─ критерий положительной определённости квадратичной формы, 54 ─ критерий Сильвестра, 54 ─ о вычислении линейного оператора по его матрице, 38

─ о действиях с комплексными числами в алгебраической форме, 5 ─ о действиях с комплексными числами в тригонометрической форме, 12 ─ о корнях n-ной степени из 1, 14

─ о корнях n-ной степени из комплексного числа, 15

─ о линейной независимости собственных векторов, принадлежащих разным собственным значениям, 46 ─ о простейших свойствах векторных пространств, 17

─ о простейших свойствах изоморфизма, 25 ─ о простейших свойствах скалярного умножения, 28

─ о свойствах базиса последовательности векторов, 20 ─ о свойствах координатных строк, 22

─ о свойствах линейной зависимости и линейной независимости, 19 ─ о свойствах модуля комплексного числа, 9 ─ о свойствах операторов с простым спектром, 47 ─ о свойствах ортогонального дополнения, 30 ─ о свойствах сопряжённого, 8

─ о связи матриц линейного оператора в разных базисах, 43 ─ о существовании базиса подпространства, 25 ─ о существовании тригонометрической формы, 11

─ об изменении матрицы квадратичной формы при линейном преобразовании, 49 ─ об ортогональных последовательностях векторов, 29

─ об элементарных преобразованиях, 21 ─ основная лемма о линейной зависимости, 19 ─ основная о квадратичных формах, 50

─ простейшие свойства линейного оператора, 34 ─ процесс ортогонализации, 30 ─ свойства матрицы перехода, 42

─ свойства нормы в евклидовом пространстве, 31 Форма записи комплексного числа ─ алгебраическая, 4 ─ тригонометрическая, 12 Формула

─ корней n-ной степени из 1, 14

53

─ корней n-ной степени из комплексного числа, 15 ─ Муавра, 13

Характеристический многочлен линейного оператора, 45 Характеристическое уравнение линейного оператора, 45 Эквивалентные последовательности векторов, 20 Элементарные преобразования последовательностей векторов, 20 Ядро линейного оператора, 35

54

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

ТЕМА 5. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА 3

3

 

 

 

§1. Построение поля комплексных чисел

 

 

 

Геометрическая интерпретация комплексных чисел. Свойства модуля

9

 

 

 

11

 

§2. Тригонометрическая форма комплексного числа

 

Извлечение корней n-й степени из комплексных чисел

14

 

 

ТЕМА 6. АБСТРАКТНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ ПРОСТРАНСТВА 17

§1. Основные определения и простейшие свойства 17

 

18

Линейная выражаемость. Линейная зависимость и независимость

Базис последовательности векторов и векторного пространства

19

Эквивалентные последовательности векторов

20

 

 

 

Координатная строка вектора в данном базисе 21

23

 

 

§2. Подпространства векторного пространства

 

 

§3. Изоморфизм векторных пространств

25

26

 

 

Изоморфизм конечномерных векторных пространств

 

 

ТЕМА 7. ВЕКТОРНЫЕ ПРОСТРАНСТВА СО СКАЛЯРНЫМ

УМНОЖЕНИЕМ 28

28

 

 

 

 

§1. Скалярное умножение

29

 

 

 

Ортогональные последовательности векторов

 

 

 

Процесс ортогонализации 29

 

30

 

 

 

Ортогональное дополнение подпространства

 

 

 

§2. Евклидовы векторные пространства

31

33

 

 

Ортонормированный базис евклидова пространства

 

 

ТЕМА 8. ЛИНЕЙНЫЕ ОПЕРАТОРЫ

34

 

 

 

§1. Основные определения и простейшие свойства 34

 

 

Ядро и образ линейного оператора 35

 

 

37

 

Задание линейного оператора образами базисных векторов

 

§2. Матрица линейного оператора 38

 

 

 

 

Нахождение базисов Kerϕ и Imϕ по MБ (ϕ) . 39

 

 

 

Матрица перехода от одного базиса к другому

41

 

 

43

Связь между матрицами линейного оператора в разных базисах

§3. Собственные векторы и значения линейного оператора

44

Нахождение собственных векторов линейного оператора в конечномерном

случае 44

 

46

 

 

 

Линейные операторы с простым спектром

 

 

 

ТЕМА 9. КВАДРАТИЧНЫЕ ФОРМЫ

48

48

 

 

§1. Основные определения, свойства и задачи

 

 

§2. Положительно определённые квадратичные формы 53

 

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 57

 

 

 

 

55

У ч е б н о е и з д а н и е

Кузьмичёв Анатолий Иванович

ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА–2

Курс лекций для студентов 1-го курса математического факультета

В авторской редакции Компьютерная вёрстка А.Ю.Пугач

Лицензия ЛР№020059 от 24.03.97 г.

Гигиенический сертификат №54.НК.05.953.П.000149.12.02 от 27.12.02 г.

______________________________________________________________

Подписано в печать 23.03.08 г. Формат бумаги 60х84/16. Печать RISO. Уч.-изд.л. 7,85. Усл.п.л. 7,3. Тираж 100 экз. Заказ №

______________________________________________________________

Педуниверситет, 630126, Новосибирск, Вилюйская, 28

56