Алгебра лекции 2 семестр
.pdfN∑−1
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