Vavilov_N_Konkretnaya_teoria_kolets
.pdf
|
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
(x®)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 |
Fn¡1 ¶ |
: |
|
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 + : : : + en¡1;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 ; : : : ; Cmn¡1), 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 + : : : + en¡1;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 + : : : + Cmn¡1yn¡1:
zADA^A. tEPERX, KOGDA PONQTNO, KAK NA SAMOM DELE LENIQ, POS^ITAJTE m-@ STEPENX MATRICY
z = e + y + y2 + : : : + yn¡1 = 0 |
1 |
|
1 |
||
0 |
1 |
||||
|
|
B |
0 |
|
0 |
|
|
@ |
|
|
|
oTWET. zm = e + C1 y + C2 |
y2 + : : : + Cn¡1 |
|
|
yn¡1 |
|
m |
m+1 |
m+n¡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 |
: : : an¡1 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 |
: : : an¡1 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 |
: : : an¡1 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 = ¡(n¡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 + : : : + nh¡1 + 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
(x®)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.