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

Vavilov_N_Konkretnaya_teoria_kolets

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
1.02 Mб
Скачать

 

kolxca: first draught

 

 

 

111

² R = K[G] | GRUPPOWAQ ALGEBRA GRUPPY G, A

 

 

:

agg 7! agg¡1;

 

 

 

KOMMUTATIWNOE KOLXCO

 

A

 

x

 

xt | TRANSPONIRO-

² A |

 

, R = M(n; A),

 

 

 

 

: P¡!

P

 

 

 

 

 

WANIE.

w PRILOVENIQH ZA PREDELAMI ALGEBRY ^A]E WSEGO WOZNIKAET SLEDU@]AQ SITUACIQ

²R = C | POLE KOMPLEKSNYH ^ISEL, z ¡! z | KOMPLEKSNOE SOPRQVENIE.

2.|RMITOWO SOPRQVENIE. tEPERX MY MOVEM OPREDELITX \RMITOWO SOPRQ-

VENIE M(m; n; R) ¡! M(n; m; R), SOPOSTAWLQ@]EE x MATRICU xy, DLQ KOTOROJ

(xy)ij = (x)ji.

zADA^A. pROWERXTE SLEDU@]IE SWOJSTWA \RMITOWA SOPRQVENIQ:

1)ADDITIWNOSTX: (x + y)y = xy + yy,

2)POLUODNORODNOSTX OTNOSITELXNO UMNOVENIQ NA SKALQRY (®x)y = xy® I

()y = ®xy.

3) eSLI QWLQETSQ INWOL@CIEJ, TO (xy)y = x. zADA^A. dOKAVITE, ^TO (xy)y = yyxy. rE[ENIE. w SAMOM DELE,

X X X

(xy)yij = (xy)ji = xjhyhi = yhi xjh = yihy xyhj = (yyxy)ij:

rEZ@MIRUQ \TI SWOJSTWA, MY POLU^AEM SLEDU@]IJ REZULXTAT.

tEOREMA. |RMITOWO SOPRQVENIE x 7!xy ESTX ANTIAWTOMORFIZM KOLXCA

M(n; R).

x 22. wY^ISLENIQ S MATRICAMI

| tY MENQ UDIWLQE[X, lEW, | OB_QWLQET ON. | i WSE WY MENQ UDIWLQETE. nEUVELI WAM ZDESX NE NADOELO?

| mY RABOTAEM, | WOZRAVA@ Q LENIWO. | zA^EM RABOTATX BEZ WSQKOGO SMYSLA?

| pO^EMU VE | BEZ SMYSLA? tY VE WIDI[X, SKOLXKO MY UZNALI WSEGO ZA ODIN DENX.

| wOT Q I SPRA[IWA@: ZA^EM WAM UZNAWATX TO, ^TO NE IMEET SMYSLA? ~TO WY BUDETE S \TIM DELATX? wY WSE UZNAÄETE I UZNAÄETE I NI^EGO NE DELAETE S TEM, ^TO UZNAÄETE.

aRKADIJ sTRUGACKIJ, bORIS sTRUGACKIJ, `vUK W MURAWEJNIKE'

sEJ^AS MY PROIZWEDEM NESKOLXKO TIPI^NYH WY^ISLENIJ W KOLXCE M(n; R). mY SDELAEM \TO DWUMQ SPOSOBAMI: WNA^ALE NAIWNYM, OSNOWANNYM NA WY^ISLENIQH S MATRICAMI, TAK, KAK PODOBNYE WE]I S^ITAET NOWI^OK ILI MATEMATIKNESPECIALIST, A POTOM BESHITROSTNYM, TAK KAK TAKIE WE]I S^ITAET ALGEBRAIST (`aLGEBRA | \TO ISKUSSTWO IZBEGATX WY^ISLENIQ').

1. ~ISLA fIBONA^^I. sLEDU@]AQ ZADA^A ^ASTO WOZNIKAET W SAMYH RAZNYH OBLASTQH MATEMATIKI.

zADA^A. nAJTI POSLEDOWATELXNYE STEPENI MATRICY

x =

µ

1

0

:

 

 

1

1

 

112

 

 

 

nikolaj wawilow

 

 

 

 

nAIWNOE RE[ENIE. wY^ISLIW NESKOLXKO PERWYH STEPENEJ

2

 

x2 =

µ1

1

;

x3 = µ2

1 ;

x4 =

µ3

;

 

2

1

 

3

2

 

5

3

 

LEGKO DOGADATXSQ, ^TO \LEMENTAMI MATRIC xn BUDUT ^ISLA fIBONA^^I:

xn =

µ Fn

F1

:

 

Fn+1

Fn

 

w ^EM LEGKO UBEDITXSQ POSMOTREW NA REKURRENTNOE SOOTNO[ENIE. bESHITROSTNOE RE[ENIE. lEGKO WIDETX, ^TO MATRICA x UDOWLETWORQET URAW-

NENI@ x2 ¡ x ¡ e = 0.

µ

1

0

n

zADA^A. wY^ISLITE POSLEDOWATELXNYE STEPENI MATRICY

 

 

¡1

1 .

zADA^A. wY^ISLITE POSLEDOWATELXNYE STEPENI MATRICY µ

2

1

n

¡1

0

.

2. bINOMIALXNYE KO\FFICIENTY. a WOT E]E ODNA MATRICA, STEPENI KOTOROJ DADUT NAM ZNAKOMYE ^ISLA.

zADA^A. nAJTI POSLEDOWATELXNYE STEPENI MATRICY

x =

0

0

1

1

1

:

 

@

1

1

0

 

 

 

0

0

1 A

 

oBOB]ITX \TOT PRIMER.

nAIWNOE RE[ENIE. pUSTX x = e + e12 + : : : + e1;n. uMNOVENIE NA x SPRAWA SOSTOIT W PRIBAWLENII KAVDOGO IZ STOLBCOW S NOMERAMI 1; : : : ; n ¡ 1 K SLEDU-

@]EMU. tAKIM OBRAZOM, xmij = xmij¡1 + xmi;j¡¡11. nO \TO W TO^NOSTI TREUGOLXNOE REKURRENTNOE SOOTNO[ENIE DLQ BINOMIALXNYH KO\FFICIENTOW. tAKIM OBRA-

ZOM, PERWAQ STROKA MATRICY xm IMEET WID (1; Cm1 ; Cm2 ; : : : ; Cm1), A OSTALXNYE POLU^A@TSQ IZ NEE POSLEDOWATELXNYM PRIMENENIEM ShiftRight

bESHITROSTNOE RE[ENIE. a ^EM VE E]E BYTX KO\FFICIENTAM BINOMA, KAK NE BINOMIALXNYMI KO\FFICIENTAMI? sTEPENI MATRICY x KOMMUTIRU@T, PO\TOMU PO SUTI RE^X IDET O WY^ISLENIQH W KOMMUTATIWNOM KOLXCE R[x], POROVDENNOM

e I STEPENQMI MATRICY x. mATRICA y = x ¡ e = e12 + : : : + e1;n \TO TO, ^TO NAZYWAETSQ ShiftRight, SDWIG WPRAWO NA ODNU POZICI@. qSNO, ^TO ym

\TO SDWIG WPRAWO NA m POZICIJ, T.E. TEPLICEWA MATRICA S EDINICAMI NA m-J NADDIAGONALI I NULQMI WO WSEH OSTALXNYH MESTAH. w ^ASTNOSTI, yn = 0, TAK

^TO R[x] = R[y] » R[t]=(tn) ESTX KOLXCO USE^ENNYH MNOGO^LENOW. |TO ZNA^IT,

=

^TO

xm = (e + y)m = e + Cm1 y + Cm2 y2 + : : : + Cm1y1:

zADA^A. tEPERX, KOGDA PONQTNO, KAK NA SAMOM DELE LENIQ, POS^ITAJTE m-@ STEPENX MATRICY

z = e + y + y2 + : : : + y1 = 0

1

 

1

0

1

 

 

B

0

 

0

 

 

@

 

 

 

oTWET. zm = e + C1 y + C2

y2 + : : : + C1

 

 

y1

m

m+1

m+2

 

PROWODQTSQ TAKIE WY^IS-

:: :: ::

1

1

:

:: :: ::

1

 

 

1 C

 

 

 

A

 

.

kolxca: first draught

113

x 23. pROSTEJ[IE PRIMERY PODKOLEC W M(n; R)

w \TOM PARAGRAFE MY OPREDELIM NAIBOLEE IZWESTNYE KLASSY MATRIC I OBRAZU@]IE PODKOLXCA W KOLXCE MATRIC M(n; R). ~EREZ R ZDESX OBOZNA^AETSQ PROIZWOLXNOE ASSOCIATIWNOE KOLXCO S 1.

² dIAGONALXNYE MATRICY. kWADRATNAQ MATRICA x = (xij) 2 M(n; R)

NAZYWAETSQ DIAGONALXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY WNE GLAWNOJ DIAGONALI RAWNY 0, T.E. xij = 0 DLQ WSEH i 6= j. dIAGONALXNAQ MATRICA S DIAGONALXNYMI

\LEMENTAMI ¸1; : : : ; ¸n 2 R OBOZNA^AETSQ ^EREZ

 

 

 

 

diag(¸1; : : : ; ¸n) =

0

¸...1

:.:.:.

0...

1

:

 

@

0

: : :

¸n A

 

nAPRIMER, W \TIH OBOZNA^ENIQH e = diag(1; : : : ; 1).

o^EWIDNO, ^TO MNOVESTWO ¢(n; R) WSEH DIAGONALXNYH MATRIC OBRAZUET PODKOLXCO W M(n; R), IZOMORFNOE PRQMOJ SUMME n \KZEMPLQROW OSNOWNOGO KOLXCA R ©: : : ©R, PRI^EM \TOT IZOMORFIZM KAK RAZ I USTANAWLIWAETSQ OTOBRAVENIEM diag:

diag(¸1 + ¹1; : : : ; ¸n + ¹n) = diag(¸1; : : : ; ¸n) + diag(¹1; : : : ; ¹n); diag(¸1¹1; : : : ; ¸n¹n) = diag(¸1; : : : ; ¸n) diag(¹1; : : : ; ¹n):

² sKALQRNYE MATRICY. dIAGONALXNAQ MATRICA WIDA NAZYWAETSQ SKALQRNOJ, ESLI WSE EE DIAGONALXNYE \LEMENTY RAWNY MEVDU SOBOJ. iNYMI SLOWAMI, SKALQRNAQ MATRICA IMEET WID ¸e = diag(¸; : : : ; ¸). sKALQRNYE MATRICY OBRAZU@T PODKOLXCO W M(n; R) IZOMORFNOE KOLXCU R. ~ASTO TERMIN SKALQRNAQ MATRICA REZERWIRU@T TOLXKO DLQ TAKIH MATRIC ¸e, U KOTORYH ¸ 2 Cent(R). pRI TAKOM OPREDELENII MNOVESTWO WSEH SKALQRNYH MATRIC W TO^NOSTI SOWPADAET S CENTROM KOLXCA M(n; R), IZOMORFNYM CENTRU KOLXCA R.

²tREUGOLXNYE MATRICY. kWADRATNAQ MATRICA x = (xij) 2 M(n; R) NAZYWAETSQ WERHNEJ TREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY NIVE GLAWNOJ DIAGONALI

RAWNY 0, T.E. xij = 0 DLQ WSEH i > j. aNALOGI^NO, x NAZYWAETSQ NIVNEJ TREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY WY[E GLAWNOJ DIAGONALI RAWNY 0, T.E. ESLI

xij = 0 DLQ WSEH i < j. kAK WERHNIE, TAK I NIVNIE TREUGOLXNYE MATRICY OBRAZU@T PODKOLXCA W M(n; R), KOTORYE BUDUT OBOZNA^ATXSQ ^EREZ b(n; R) I b¡(n; R), SOOTWETSTWENNO.

²sTROGO TREUGOLXNYE MATRICY. kWADRATNAQ MATRICA x = (xij) 2

M(n; R) NAZYWAETSQ STROGO WERHNEJ TREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY NI-

VE GLAWNOJ DIAGONALI I NA NEJ RAWNY 0, T.E. aij = 0 DLQ WSEH i ¸ j. aNALOGI^NO, x NAZYWAETSQ STROGO NIVNEJ TREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY WY[E GLAW-

NOJ DIAGONALI I NA NEJ RAWNY 0, T.E. ESLI xij = 0 DLQ WSEH i · j. kAK WERHNIE, TAK I NIVNIE STROGO TREUGOLXNYE MATRICY OBRAZU@T PODKOLXCA BEZ EDINICY W M(n; R). oBOZNA^IM MNOVESTWO WSEH WERHNIH STROGO TREUGOLXNYH MATRIC W M(n; R) ^EREZ n(n; K), A MNOVESTWO WSEH NIVNIH STROGO TREUGOLXNYH MATRIC | ^EREZ n¡(n; K).

zADA^A. dOKAVITE, ^TO n(n; R) | IDEAL W b(n; K) I b(n; R)=n(n; R) » ¢(n; R).

=

² bOLEE OB]O, PUSTX nr(n; R), 0 · r · n ¡ 1, | MNOVESTWO WSEH MATRIC, U KOTORYH WSE \LEMENTY POD GLAWNOJ DIAGONALX@, NA GLAWNOJ DIAGONALI I E]E NA

114

nikolaj wawilow

r ¡ 1 NADDIAGONALQH RAWNY 0, W TO WREMQ KAK OSTAW[IESQ \LEMENTY PROIZWOLXNYE. w ^ASTNOSTI, n0(n; R) = b(n; R), n1(n; R) = n(n; R), TAK ^TO \TOT PRIMER QWLQETSQ OBOB]ENIEM DWUH PREDYDU]IH PRIMEROW. wSE \TI MNOVESTWA, A TAKVE SIMMETRI^NYE IM MNOVESTWA n¡r (n; R), POLU^A@]IESQ ZAMENOJ NADDIAGONALEJ NA PODDIAGONALI, OBRAZU@T PODKOLXCA BEZ EDINICY W M(n; R).

zADA^A. pUSTX R | KOLXCO S 1. dOKAVITE, ^TO n(n; R)r = nr(n; R).

x 24. mATRICY TIPA CIRKULQNTOW

wO MNOGIH ZADA^AH, KAK W SAMOJ ALGEBRE, TAK I ZA EE PREDELAMI, ESTESTWENNO WOZNIKA@T MATRICY, U KOTORYH xij ZAWISIT TOLXKO OT WY^ETA i¡j PO MODUL@ n I IH OBOB]ENIQ. nAPRIMER, TAKIE MATRICY ESTESTWENNO POQWLQ@TSQ PRI IZU- ^ENII KUMMEROWYH RAS[IRENIJ PO OTNO[ENI@ K STEPENNOMU BAZISU, W TEORII KON^ENYH GRUPP, I T.D.

² cIRKULQNTY. mATRICA x = (xij) 2 M(n; R) WIDA

0 an

a1

: : : a1 1

B

a1

a2

: : :

an

C

:a:2:

:a:3:

:: :: ::

:a:1:

@

 

 

 

 

A

NAZYWAETSQ CIRKULQNTOM. iNYMI SLOWAMI, xij ZAWISIT NE OT SAMIH INDEKSOW i; j, A TOLXKO OT WY^ETA IH RAZNOSTI i ¡ j PO MODUL@ n. lEGKO PROWERITX, ^TO CIRKULQNTY OBRAZU@T KOMMUTATIWNOE PODKOLXCO W M(n; R), A OBRATIMYE CIRKULQNTY | PODGRUPPU W GL(n; R). cIRKULQNTY QWLQ@TSQ ^ASTNYM SLU^AEM TEPLICEWYH MATRIC, KOTORYE MY RASSMOTRIM W SLEDU@]EM PARAGRAFE.

² aNTICIRKULQNTY. mATRICA x = (xij) 2 M(n; R) WIDA

0¡an

a1

: : : a1 1

B

a1

a2

: : :

an

C

: :a:2

: :a:3

:: :: ::

:a:1:

@

¡

¡

 

 

A

NAZYWAETSQ ANTICIRKULQNTOM. iNYMI SLOWAMI, (¡1)sign(j¡i)xij ZAWISIT NE OT SAMIH INDEKSOW i; j, A TOLXKO OT WY^ETA IH RAZNOSTI i¡j PO MODUL@ n. aNTICIRKULQNTY TAKVE OBRAZU@T PODKOLXCO W M(n; R), A OBRATIMYE ANTICIRKULQNTY

|PODGRUPPU W GL(n; R).

²kWAZICIRKULQNTY. wOOB]E, PUSTX d | PROIZWOLXNYJ \LEMENT KOLXCA R. mATRICA x = (xij) 2 M(n; R) WIDA

0dan

a1

: : : a1 1

a1

a2

: : :

an

C

B da: : :2

da: : :3

:: :: ::

:a:1:

@

 

 

 

A

NAZYWAETSQ KWAZICIRKULQNTOM. kAK CIRKULQNTY, TAK I ANTICIRKULQNTY QWLQ@TSQ ^ASTNYMI SLU^AQMI KWAZICIRKULQNTOW, POLU^A@]IMISQ PRI d = 1 I d = ¡1, SOOTWETSTWENNO.

kolxca: first draught

115

x 25. tEPLICEWY I GANKELEWY MATRICY

sEJ^AS MY WWEDEM DWA WAVNYH KLASSA MATRIC, KOTORYE IZU^A@TSQ S NA^ALA

XXWEKA79;80;81.

²pER_DIAGONALXNYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ PER_-

DIAGONALXNOJ, ESLI xij = 0 DLQ WSEH PAR i; j, KROME i + j = n + 1.

sLEDU@]IE KLASSY MATRIC ESTESTWENNO WOZNIKA@T W RAZLI^NYH WOPROSAH ANALIZA, W ^ASTNOSTI, W PROBLEME MOMENTOW.

² tEPLICEWY MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ TEPLICEWOJ MAT-

RICEJ, ESLI EE \LEMENT xij W POZICII (i; j) ZAWISIT NE OT SAMIH i I j, A TOLXKO OT IH RAZNOSTI i¡j. iNYMI SLOWAMI, DLQ L@BOGO h = ¡(1); : : : ; ¡1; 0; 1; : : : ; n¡1 OPREDELEN \LEMENT xh 2 K I xij = xi¡j. tEPLICEWY MATRICY OBRAZU@T PODMODULX W M(n; R) SODERVA]IJSQ W MODULE PERSIMMETRI^NYH MATRIC.

zADA^A. bUDET LI MNOVESTWO TEPLICEWYH MATRIC PODKOLXCOM W M(n; R)?

zADA^A. dOKAVITE, ^TO PERESE^ENIQ MNOVESTWA TEPLICEWYH MATRIC S KOLXCAMI WERHNIH/NIVNIH TREUGOLXNYH MATRIC QWLQ@TSQ KOMMUTATIWNYMI PODKOLXCAMI W M(n; R).

² gANKELEWY MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ GANKELEWOJ MAT-

RICEJ, ESLI EE \LEMENT xij W POZICII (i; j) ZAWISIT NE OT SAMIH i I j, A TOLXKO OT IH RAZNOSTI i + j. iNYMI SLOWAMI, DLQ L@BOGO h = 1; : : : ; 2n OPREDELEN \LEMENT xh 2 K I xij = xi+j. gANKELEWY MATRICY OBRAZU@T PODMODULX W M(n; R) SODERVA]IJSQ W MODULE SIMMETRI^ESKIH MATRIC.

² lENTO^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ LENTO^NOJ, ESLI xij = 0 DLQ WSEH (i; j) TAKIH, ^TO ¡l · i ¡ j · m DLQ NEKOTORYH l; m 2 N0.

fAKTI^ESKI W PRILOVENIQH OSOBENNO ^ASTO WSTRE^AETSQ SLEDU@]IJ ^ASTNYJ SLU^AJ.

² tREHDIAGONALXNYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ TREH-

DIAGONALXNOJ, ESLI xij = 0 DLQ WSEH (i; j) TAKIH, ^TO ji ¡ jj ¸ 2.

² hESSENBERGOWY MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ HESSENBER-

GOWOJ, ESLI xij = 0 DLQ WSEH (i; j) TAKIH, ^TO i > j + 1.

x 26. sIMMETRI^NYE MATRICY

² sIMMETRI^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ SIMMETRI^-

NOJ, ESLI xij = xji DLQ WSEH i; j. w SLU^AE KOMMUTATIWNOGO KOLXCA MATRICA x W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE SIMMETRI^NA, KOGDA xt = x. oBOZNA^IM MNOVESTWO WSEH SIMMETRI^ESKIH MATRIC ^EREZ S(n; R).

zADA^A. dOKAVITE, ^TO PROIZWEDENIE DWUH SIMMETRI^ESKIH MATRIC x; y 2 M(n; R) W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE SIMMETRI^NO, KOGDA \TI MATRICY KOMMUTIRU@T.

zADA^A. wERNO LI, ^TO OBRATNAQ K SIMMETRI^ESKOJ MATRICE TOVE SIMMETRI- ^ESKAQ?

79u.gRENANDER, g.sEGE, tEPLICEWY MATRICY I IH PRILOVENIQ. | il, m., 1961, S.1{308. 80i.s.iOHWIDOW, gANKELEWY I TEPLICEWY MATRICY I FORMY. | nAUKA, m., 1974.

81l.d.pUSTYLXNIKOW, tEPLICEWY I GANKELEWY MATRICY I IH PRIMENENIQ. | uSPEHI mAT. nAUK, 1984, T.39, N.1, S.53{84.

116

nikolaj wawilow

zADA^A. dOKAVITE, ^TO ESLI x | SIMMETRI^ESKAQ MATRICA, y | PROIZWOLXNAQ MATRICA, TO ytxy TOVE SIMMETRI^ESKAQ.

² pERSIMMETRI^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ PER-

SIMMETRI^NOJ, ESLI ONA SIMMETRI^NA OTNOSITELXNO POBO^NOJ DIAGONALI, T.E. xij = x + n + 1 ¡ j; n + 1 ¡ i DLQ WSEH i; j.

zADA^A. dOKAVITE, ^TO W SLU^AE KOMMUTATIWNOGO KOLXCA MATRICA x W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE PERSIMMETRI^NA, KOGDA xt = fxf, GDE f | PER_EDINI^NAQ MATRICA. tEM SAMYM, MNOVESTWO PERSIMMETRI^ESKIH MATRIC RAWNO fS(n; R).

²kOSOSIMMETRI^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ ANTI-

SIMMETRI^NOJ, ESLI xij = ¡xji DLQ WSEH i; j. w SLU^AE KOMMUTATIWNOGO KOLXCA MATRICA x W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE KOSOSIMMETRI^NA, KOGDA xt = x.

²aNTISIMMETRI^NYE MATRICY. kOSOSOMMETRI^NAQ MATRICA x = (xij)

NAZYWAETSQ ANTISIMMETRI^NOJ, ESLI KROME TOGO, xii = 0 DLQ WSEH i. oBOZNA-

^IM MNOVESTWO WSEH SIMMETRI^ESKIH MATRIC ^EREZ A(n; R). w SLU^AE, KOGDA 2 QWLQETSQ REGULQRNYM \LEMENTOM, KLASSY KOSOSIMMETRI^NYH I ANTISIMMETRI^NYH MATRIC SOWPADA@T, NO, WOOB]E GOWORQ, \TO SOWER[ENNO NE TAK: PRO DIAGONALXNYE \LEMENTY KOSOSIMMETRI^ESKOJ MATRICY MOVNO UTWERVDATX LI[X, ^TO 2xii = 0, W TO WREMQ KAK DLQ ANTISIMMETRI^ESKOJ MATRICY xii = 0.

zADA^A. pUSTX 2 2 R¤. dOKAVITE, ^TO

M(n; R) = S(n; R) © A(n; R):

pRODOLVAET LI \TO UTWERVDENIE OSTAWATXSQ WERNYM BEZ USLOWIQ 2 2 R¤?

rE[ENIE. dOKAVEM WNA^ALE, ^TO M(n; R) = S(n; R)+A(n; R). pUSTX z 2 M(n; R). pOLOVIM

xij =

1

(zij + zji);

yij =

1

(zij ¡ zji):

 

 

 

2

2

tOGDA x = (xij) 2 S(n; R), A y = (yij) 2 A(n; R). eSLI KOLXCO R KOMMUTATIWNO, TO x I y MOVNO WYRAZITX W WIDE

x =

1

(z + zt);

y =

1

(z ¡ zt):

 

 

2

2

dLQ DOKAZATELXSTWA EDINSTWENNOSTI TAKOGO PREDSTAWLENIQ, DOSTATO^NO UBEDITXSQ W TOM, ^TO S(n; R)\A(n; R) = 0. w SAMOM DELE, PUSTX z 2 S(n; R)\A(n; R). tOGDA PO SAMOMU OPREDELENI@

A(n; R) IMEEM zii = 0. s DRUGOJ STORONY, DLQ i 6= j IMEEM zij = zji = ¡zij TAK ^TO 2zij = 0 I, TAK KAK 2 OBRATIMA, TO zij = 0. nET, NAPRIMER, ESLI 2 = 0, TO A(n; R) · S(n; R).

x 27. |RMITOWSKI SIMMETRI^NYE MATRICY

pREDPOLOVIM, ^TO R | KOLXCO S INWOL@CIEJ ® 7!®. w \TOM SLU^AE MOVNO

OPREDELITX OTOBRAVENIE M(m; n; R) ¡! M(m; n; R), PEREWODQ]EE x = (xij) W x = (xij). |TO OTOBRAVENIE ADDITIWNO x + y = x + y. sLEDU@]IE DWA KLASSA

MATRIC OSOBENNO ^ASTO RASSMATRIWA@TSQ W SLU^AE, KOGDA R = C, A INWOL@CIEJ QWLQETSQ KOMPLEKSNOE SOPRQVENIE.

² |RMITOWSKI SIMMETRI^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ \RMITOWSKI SIMMETRI^NOJ ILI PROSTO \RMITOWSKOJ, ESLI xij = xji DLQ WSEH i; j. w SLU^AE KOMMUTATIWNOGO KOLXCA MATRICA x W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE \RMITOWSKI SIMMETRI^NA, KOGDA xt = x. oBOZNA^IM MNOVESTWO WSEH \RMITOWSKI SIMMETRI^NYH MATRIC ^EREZ H(n; R).

zADA^A. pRI KAKOM USLOWII PROIZWEDENIE DWUH \RMITOWSKI SIMMETRI^NYH MATRIC x; y 2 M(n; R) \RMITOWSKI SIMMETRI^NO?

kolxca: first draught

117

zADA^A. pUSTX R | KOMMUTATIWNOE KOLXCO, x 2 M(n; R). uBEDITESX, ^TO MATRICY xtx I xxt SIMMETRI^NYE. pUSTX TEPERX R NEKOMMUTATIWNO, A : R ¡! R INWOL@CIQ KOLXCA R. wSEGDA LI MATRICY xyx I xxy BUDUT \RMITOWSKI SIMMETRI^NYMI?

zADA^A. pUSTX z = x + iy 2 M(n; C) | \RMITOWSKI SIMMETRI^NAQ MATRICA, x; y 2 M(n; R) | EE WE]ESTWENNAQ I MNIMAQ ^ASTI, SOOTWETSTWENNO. dOKAVITE, ^TO TOGDA x SIMMETRI^NA,

Ay | ANTISIMMETRI^NA.

²|RMITOWSKI ANTISIMMETRI^NYE MATRICY. mATRICA x = (xij) NAZYWAETSQ \RMITOWSKI ANTISIMMETRI^NOJ ILI PROSTO ANTI\RMITOWOJ, ESLI

xij = ¡xji DLQ WSEH i; j I, KROME TOGO, xii = 0. w SLU^AE KOMMUTATIWNOGO KOLXCA PERWOE USLOWIE NA MATRICU x \KWIWALENTNO TOMU, ^TO xt = ¡x.

zADA^A. uBEDITESX, ^TO MATRICA x 2 M(n; C) W TOM I TOLXKO TOM SLU^AE \RMITOWSKI ANTISIMMETRI^NAQ, KOGDA ix \RMITOWSKI SIMMETRI^NAQ.

zADA^A. ~TO MOVNO SKAZATX PRO WE]ESTWENNU@ I MNIMU@ ^ASTI \RMITOWSKI ANTISIMMETRI^NOJ MATRICY x 2 M(n; C).

rASSMOTRIM TEPERX z 2 M(n; C). qSNO, ^TO IMEET MESTO RAZLOVENIE

M(n; C) = M(n; R) © iM(n; R):

dLQ \TOGO, KAK I WY[E DOSTATO^NO ZAMETITX, ^TO z = x + iy, GDE x = 12 (z + z) ESTX WE]ESTWEN-

NAQ, A y = 12 (z ¡ z) | MNIMAQ ^ASTX z. oDNAKO W DEJSTWITELXNOSTI DLQ MNOGIH ZADA^ re(z) I im(z) ESTESTWENNO PONIMATX INA^E.

zADA^A. pOKAVITE, ^TO

M(n; C) = H(n; C) © iH(n; C):

rE[ENIE. uTWERVDAETSQ, ^TO KAVDAQ MATRICA z 2 M(n; C) ODNOZNA^NO ODNOZNA^NO PREDSTAWLQETSQ W WIDE z = x + iy, GDE x; y 2 H(n; C). pOLAGAQ

x =

1

(z + zy);

y =

1

(z ¡ zy)

 

 

 

2

2

MY WIDIM, ^TO TAKOE PREDSTAWLENIE SU]ESTWUET. s DRUGOJ STORONY, ESLI z = x + iy ESTX KAKOE-TO PREDSTAWLENIE z W TAKOM WIDE, TO xy = xy + iyy = x ¡ iy. |TO DOKAZYWAET EDINSTWENNOSTX.

x 28. pROSTEJ[IE PRIMERY PODGRUPP W GL(n; R)

²dIAGONALXNYE MATRICY. wSE OBRATIMYE DIAGONALXNYE MATRICY OBRAZU@T PODGRUPPU D = D(n; R) W GL(n; R), NAZYWAEMU@ GRUPPOJ DIAGONALX-

NYH MATRIC.

²tREUGOLXNYE MATRICY. wSE OBRATIMYE WER_NIE TREUGOLXNYE MATRICY,

OBRATNYE K KOTORYM TOVE WERHNIE TREUGOLXNYE, OBRAZU@T PODGRUPPU B(n; R)

W GL(n; R), NAZYWAEMU@ GRUPPOJ WERHNIH TREUGOLXNYH MATRIC. aNALOGI^NO OPREDELQETSQ I GRUPPA NIVNIH TREUGOLXNYH MATRIC B¡(n; R)

pREDOSTEREVENIE. w BOLX[INSTWE KNIG GRUPPY B(n; R) I B¡(n; R) OPREDELQ@TSQ NEPRA- WILXNO, KAK GRUPPY WSEH OBRATIMYH WERHNIH TREUGOLXNYH ILI NIVNIH TREUGOLXNYH MATRIC, SOOTWETSTWENNO. oDNAKO W SLU^AE NEKOMMUTATIWNYH KOLEC NETRUDNO PRIWESTI PRIMERY WERHNIH TREUGOLXNYH MATRIC, OBRATNYE K KOTORYM NE QWLQ@TSQ WERHNIMI TREUGOLXNYMI I DAVE TAKIH WERHNIH TREUGOLXNYH MATRIC, OBRATNYE K KOTORYM NIVNIE TREUGOLXNYE. pO\TOMU USLOWIE NA OBRATNU@ MATRICU W \TOM OPREDELENII QWLQETSQ SOWER[ENNO NEOBHODIMYM!

² uNITREUGOLXNYE MATRICY. wERHNQQ TREUGOLXNAQ MATRICA x = (xij) 2 M(n; R) NAZYWAETSQ WERHNEJ UNITREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY NA GLAWNOJ DIAGONALI RAWNY 1, T.E. xij = ±ij DLQ WSEH i ¸ j. aNALOGI^NO, NIVNQQ

118

nikolaj wawilow

TREUGOLXNAQ MATRICA x NAZYWAETSQ NIVNEJ UNITREUGOLXNOJ, ESLI WSE EE \LEMENTY NA GLAWNOJ DIAGONALI RAWNY 1, T.E. ESLI xij = ±ij DLQ WSEH i · j. kAK MNOVESTWO U(n; R) WERHNIH UNITREUGOLXNYH MATRIC, TAK I MNOVESTWO U¡(n; R) NIVNIH UNITREUGOLXNYH MATRIC OBRAZU@T PODGRUPPY W GL(n; R).

² mONOMIALXNYE MATRICY. mATRICA x = (xij) 2 M(n; R) NAZYWAETSQ

MONOMIALXNOJ, ESLI W KAVDOJ STROKE I KAVDOM STOLBCE \TOJ MATRICY ROWNO 1 OBRATIMYJ \LEMENT. mNOVESTWO N(n; R) WSEH MONOMIALXNYH MATRIC OBRAZUET PODGRUPPU W GL(n; R). iZOBRAZIM, DLQ PRIMERA, GRUPPU N(2; R):

µ

0

¤

[

µ¤

0

 

¤

0

 

0

¤

:

² mATRICY PERESTANOWKI. mATRICA x = (xij) 2 M(n; R) NAZYWAETSQ MONOMIALXNOJ, ESLI W KAVDOJ STROKE I KAVDOM STOLBCE \TOJ MATRICY ROWNO 1 \LEMENT RAWEN 1, W TO WREMQ KAK WSE OSTALXNYE \LEMENTY RAWNY 0. mATRICY PERESTANOWKI OBRAZU@T PODGRUPPU Wn W GL(n; R), IZOMORFNU@ Sn.

zADA^A. uBEDITESX, ^TO OBRATNAQ K MATRICE PERESTANOWKI SOWPADAET S TRANSPONIROWANNOJ.

x 29. bLO^NYE MATRICY

sEJ^AS MY IZU^IM WAVNEJ[IJ PRIEM WY^ISLENIJ S MATRICAMI. a IMENNO, WSE NAIBOLEE ^ASTO ISPOLXZUEMYE WY^ISLENIQ ISPOLXZU@T RAZBIENIE MATRIC NA BLOKI.

1. rAZBIENIE MATRIC NA BLOKI. nAPOMNIM, ^TO NABOR NATURALXNYH ^ISEL (n1; : : : ; nt) NAZYWAETSQ RAZBIENIEM NATURALXNOGO n, ESLI n = n1 + : : : + nt. kAVDOE TAKOE RAZBIENIE ZADAET OTNO[ENIE \KWIWALENTNOSTI NA MNOVESTWE n. a IMENNO, SKAVEM, ^TO i » j, ESLI NAJDETSQ TAKOE h = 1; : : : ; t, ^TO

n1 + : : : + n1 + 1 · i; j · n1 + : : : + nh:

oBOZNA^IM ^EREZ X1; : : : ; Xt KLASSY \TOJ \KWIWALENTNOSTI. qSNO, ^TO WSE \TI KLASSY SOSTOQT IZ POSLEDOWATELXNYH NATURALXNYH ^ISEL, PRI^EM jXhj = nh DLQ WSEH h = 1; : : : ; t.

rASSMOTRIM TEPERX MODULX PRQMOUGOLXNYH MATRIC M(m; n; R) I ZAFIKSIRU-

EM RAZBIENIE ¹ = (m1; : : : ; ms) ^ISLA m, I RAZBIENIE º = (n1; : : : ; nt) KOLI^E- STWA ^ISLA n. pUSTX X1 t : : : t Xs = m I Y1 t : : : t Yt = n | SOOTWETSTWU@- ]IE RAZBIENIQ MNOVESTW STRO^NYH I STOLBCOWYH INDEKSOW. tOGDA PODMATRICA

xhk = (xij), i 2 Xh, j 2 Yk, MATRICY x NAZYWAETSQ EE BLOKOM W h-J GORIZONTALXNOJ I k-J WERTIKALXNOJ POLOSE. pO OPREDELENI@ xhk = M(mh; nk; R). tEPERX MATRICU x MOVNO ZAPISATX W WIDE

0x11 : : : x1t 1

@: : : : : : : : : A xs1 : : : xst

tAKAQ ZAPISX NAZYWAETSQ RAZBIENIEM x NA BLOKI W SOOTWETSTWII S RAZBIENIEM STROK ¹ I RAZBIENIEM STOLBCOW º. pODMATRICA (xij), i 2 Xh, j 2 Y , NAZYWAETSQ

kolxca: first draught

119

h-J GORIZONTALXNOJ POLOSOJ MATRICY x, A PODMATRICA (xij), i 2 X, j 2 Yk, | EE k-J WERTIKALXNOJ POLOSOJ.

2. oPERACII S BLO^NYMI MATRICAMI. pREDPOLOVIM WNA^ALE, ^TO x; y 2

M(m; n; R) | MATRICY, ODINAKOWO RAZBITYE NA BLOKI, SKAVEM W SOOTWETSTWII

S RAZBIENIEM STROK ¹ = (m1; : : : ; ms) I RAZBIENIEM STOLBCOW º = (n1; : : : ; nt). tOGDA W MATRICE x + y, RASSMATRIWAEMOJ W SOOTWETSTWII S TEM VE RAZBBIENIEM NA BLOKI, IMEEM (x + y)hk = xhk + yhk. tAKVE, KONE^NO I (®x)hk = ®xhk I

()hk = xhk®.

s DRUGOJ STORONY, PUSTX x 2 M(l; m; R), y 2 M(m; n; R), PRI^EM x RAZBITA NA BLOKI W SOOTWETSTWII S RAZBIENIEM STROK ¸ = (l1; : : : ; lr) I RAZBIENIEM STOLBCOW ¹ = (m1; : : : ; ms), A y RAZBITA NA BLOKI W SOOTWETSTWII S TEM VE SAMYM

RAZBIENIEM STROK ¹ = (m1; : : : ; ms) I RAZBIENIEM STOLBCOW º = (n1; : : : ; nt). pRI \TOM KOLI^ESTWO WERTIKALXNYH POLOS MATRICY x RAWNO KOLI^ESTWU GORI-

ZONTALXNYH POLOS MATRICY y, PRI^EM [IRINA KAVDOJ IZ WERTIKALXNYH POLOS MATRICY x RAWNA [IRINE SOOTWETSTWU@]EJ GORIZONTALXNOJ POLOSY MATRICY y. bUDEM NAZYWATX TAKIE RAZBIENIQ MATRIC x I y NA BLOKI SOGLASOWANNYMI. w \TOM SLU^AE OPREDELENO PROIZWEDENIE xjhyhk 2 M(lj; nk; R).

zADA^A. pROWERXTE, ^TO

(xy)jk = xj1y1k + : : : + xjsysk:

iNYMI SLOWAMI, WHODQ]IE W PROIZWEDENIE BLO^NYH MATRIC x I y BLOKI WY- ^ISLQETSQ PRI POMO]I OBY^NYH FORMUL DLQ PROIZWEDENIQ MATRIC TAK, KAK BUDTO \TI MATRICY SOSTOQT IZ \LEMENTOW KOLXCA R, A NE IZ BLOKOW, KAVDYJ IZ KOTORYH SAM QWLQETSQ MATRICEJ. |TO PRAWILO OSOBENNO UDOBNO, ESLI SREDI BLOKOW MATRIC x I/ILI y MNOGO RAWNYH 0, e ILI ^EMU-NIBUDX W TAKOM DUHE!

3. iZOMORFIZM M(l; m; M(n; K)) » M(ln; mn; R). oSOBENNO WAVEN SLU^AJ,

=

KOGDA WSE GORIZONTALXNYE I WSE WERTIKALXNYE POLOSY IME@T ODINAKOWU@ [I- RINU n. w \TOM SLU^AE KAVDYJ IZ BLOKOW MATRICY x MOVNO ISTOLKOWATX KAK MATRICU M(n; R). tAKIM OBRAZOM,

x 30. pRQMAQ SUMMA MATRIC

1. pRQMAQ SUMMA MATRIC. sLEDU@]AQ OPERACIQ POZWOLQET POSTROITX PO MATRICAM x 2 M(k; l; R) I y 2 M(m; n; R) MATRICU x © y 2 M(k + m; l + n; R),

NAZYWAEMU@ IH PRQMOJ SUMMOJ:

x © y = diag(x; y) =

µ

0

y

:

 

 

x

0

 

lEGKO WIDETX, ^TO \TA OPERACIQ ASSOCIATIWNA, (x © y) © z = x © (y © z), TAK ^TO MY MOVEM PISATX PROSTO x © y © z. oBY^NO MY PRIMENQEM \TU OPERACI@ K KWADRATNYM MATRICAM.

eSLI x1; : : : ; xt KWADRATNYE MATRICY STEPENEJ n1; : : : ; nt SOOTWETSTWENNO, TO

MATRICA x = x1 © : : : © xt STEPENI n = n1 + : : : + nt NAZYWAETSQ BLO^NODIAGONALXNOJ MATRICEJ, ILI, ESLI NUVNO QWNO UKAZATX RAZMERY DIAGONALX-

NYH BLOKOW, | BLO^NO DIAGONALXNOJ MATRICEJ TIPA º = (n1; : : : ; nt).

lEGKO WIDETX, ^TO PRQMAQ SUMMA SWQZANA SO SLOVENIEM I UMNOVENIEM MATRIC TOVDESTWAMI WZAIMNOJ DISTRIBUTIWNOSTI

(x + y) © (z + w) = (x © z) + (y © w); (xy) © (zw) = (x © z)(y © w):

120

nikolaj wawilow

|TI TOVDESTWA POKAZYWA@T, ^TO MNOVESTWO

M(n1; R) © : : : © M(nt; R) · M(n; R)

WSEH BLO^NO DIAGONALXNYH MATRIC TIPA º QWLQETSQ PODKOLXCOM W M(n; R), IZOMORFNYM PRQMOJ SUMME KOLEC M(n1; R); : : : ; M(nt; R). tEM SAMYM, OBA SMYSLA, W KOTORYH MOVNO PONIMATX ZNAK PRQMOJ SUMMY W \TOJ FORMULE, SOGLASOWANY.

bLO^NO TREUGOLXNYE MATRICY BLO^NO MONOMIALXNYE MATRICY STROGO BLO^NO TREUGOLXNYE MATRICY

x 31. kRONEKEROWO PROIZWEDENIE MATRIC

w \TOM PARAGRAFE KOLXCO R PREDPOLAGAETSQ KOMMUTATIWNYM. hOTQ FORMALXNO OPREDELENIE KRONEKEROWSKOGO PROIZWEDENIQ MOVNO DATX I DLQ NEKOMMUTATIWNYH KOLEC, \TO PROIZWEDENIE OBLADAET HORO[IMI SWOJSTWAMI TOLXKO ESLI R KOMMUTATIWNO.

1. oPREDELENIE KRONEKEROWA PROIZWEDENIQ. pUSTX l; m; n; p | ^ETYRE NATURALXNYH ^ISLA, TOGDA OPREDELENA OPERACIQ

- : M(l; m; R) £ M(n; p; R) ¡! M(lm; np; R);

SOPOSTAWLQ@]AQ PARE MATRIC x 2 M(l; m; R), y 2 M(n; p; R) IH TENZORNOE PROIZWEDENIE x - y, KOTORU@ PRO]E WSEGO PREDSTAWLQTX SEBE KAK BLO^NU@ MATRICU WIDA

0x11y x - y = @

xl1y

:: :: ::

x1my 1

2

M(lm; np; K):

: : :

xlmy A

 

mY UVE UPOMINALI \TU KONSTRUKCI@ W GLAWE 1, GDE IZOBRAVENA MATRICA x - y DLQ SLU^AQ, KOGDA x; y 2 M(2; R).

oSOBENNO ^ASTO \TA KONSTRUKCIQ ISPOLXZUETSQ DLQ KWADRATNYH MATRIC. pRI \TOM ESLI x 2 M(m; R), y 2 M(n; R) TO x - y 2 M(m; M(n; R)), W TO WRE-

MQ KAK y - x 2 M(n; M(m; R)). kAK MY ZNAEM, I TO I DRUGOE KOLXCO MOVNO OTOVDESTWITX S M(mn; R). tEM NE MENEE, WOOB]E GOWORQ, x - y =6 y - x. w DEJSTWITELXNOSTI, MATRICA y - x POLU^AETSQ IZ x - y PERESTANOWKOJ STROK I STOLBCOW.

wSE TOVDESTWA SLEDU@]EGO PUNKTA MOVNO DOKAZYWATX W TERMINAH QWNOGO WIDA \LEMENTOW TENZORNOGO PROIZWEDENIQ x-y. sOBSTWENNO, TAK PRIMERNO \TO I DELAETSQ W BOLX[INSTWE OBY^NYH U^EBNIKOW TEORII MATRIC DLQ PRIKLADNIKOW, DAVE SAMYH UDA^NYH82. hOTQ Q DUMA@, ^TO MY NE ZRQ IZU^ALI OPERACII S BLO^NYMI MATRICAMI, WSE VE POJMEM, ^EMU RAWEN \LEMENT x - y W POZICII

(r; s), GDE 1 · r; s · mn. zADA^A. wY^ISLITE (x - y)rs.

82p.lANKASTER, tEORIQ MATRIC. | nAUKA, m., 1978, S.1{280, S.235{236. wPRO^EM, W KNIGE m.mARKUS, h.mINK, oBZOR PO TEORII MATRIC I MATRI^NYH NERAWENSTW. | nAUKA, m., 1972, S.1{232. STR.20 PRIWODITSQ PRAWILXNOE DOKAZATELXSTWO W TERMINAH UMNOVENIQ BLOKOW.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]