
Обобщенная теорема Безу
α –правый корень многочлена a(x) a(x) делится на (x-α) справа
Схема Горнера
a(x)==(
)(x-α)+
…
…
Идеалы
IK
– левый идеал K
если
-
{I,+} – подгруппа {K,+}
-
KI
I
Правый, если IКI
Если идеал правый и левый, то он двухсторонний
Пусть К – кольцо, I – идеал.
{K/I,}
– факторгруппа по сложению. Класс
имеет
вид
a+I
(a+I)(b+I)=a+b+I
(a+I)°(b+I)=ab+I – операция корректна, если I – двухсторонний.
a’a+I b’
b+I a’b’
ab+I
i
I
/ a’=a+i
i
I
/ b’=b+i
a’b’=(a+i)(b+i
)=ab+ai
+
i
(b+i
)=ab+i i
I
Т.о. операция корректна
Естественный
гомоморфизм φa=a+I aK
φ
–гомоморфизм кольца K
на множество {K/I,,°}
Т.о. {K/I,,°}
– факторкольцо кольца К по идеалу I
Задан гомоморфизм φ: K→K’
Kerφ={xK
/ φx=0}
Теорема 1. Kerφ – идеал в K
Теорема
2. φa=φb
a-bK
Д-во: из определения гомоморфизма и ядра.
Т
еорема
3. Если φ –
гомоморфизм К на
=> K/Kerφ~
Д
Ψa=a+Kerφ
ξ(a+Kerφ)=φa
ξ(b+Kerφ)=φb
Это отображение является биекций и не зависит от представителей.
ξ((a+Kerφ)○(b+Kerφ))=ξ(ab+Kerφ)=φ(ab)=φaφb= ξ(a+Kerφ)ξ(b+Kerφ)
Напомним, что Р –
поле, если 0≠еР
Рассмотрим
отображение ZР
φ
– отображение Z
в Р
φn=ne=
=e
Заметим, что φ – гомоморфизм.
Kerφ=
Характеристикой поля является 0 если Kerφ={0} или p, если Kerφ=(φ)
χ(P)=0 χ(P)=p
Докажем, что р – простое
Пусть это не так, т.е. p=kl
Тогда (ke)(le)=kle=pe=0
Так как в поле не может быть делителей 0, то либо ke=0, либо le=0, следовательно, p – не минимально.
Если характеристика поля равна р,то для любого элемента а из этого поля имеет место равенство pa=(pe)a=oa=0
Теорема. 1. Если χ(Р)=0, то φ(Z)~Z
2. Р содержит минимальное подполе F~Q
-
Если χ(P)=p, то φ(Z)~Z/p, φ(Z) – минимальное подполе в поле Р
Д-во: 1. φn=ne. Это отображение φ устанавливает однозначное соответствие между Z и φ(Z), т.к. Kerφ={0}
Т.о. Z~φ(Z)
2. Для любого элемента существует обратный
φ(Z)={ne,
nZ}
F={ne/me,
nZ,
m
N}
φ(Z) – коммутативно, т.к. Z~φ(Z) => F – коммутативно
Докажем, что если
,
то
.
Если бы это было не так, то не выполнялось
бы menqe=nemqe.
Имеем биективное отображение между F и Q. Докажем, что это изоморфизм.
Пользуясь предыдущим свойством легко доказывается, что сложение будет таким же как и в поле рациональных чисел.
3. Kerφ=(p)
По теореме 3 о гомоморфизмах φ(Z)~Z/p, т.к. Kerφ=(p)
Докажем, что φ(Z) – поле
je, 1≤j≤p-1
Док-ть, что существует обратный.
j,
p
– взаимно просты (p
– простое!) =>
u,v
/ uj+vp=1
(по Лемме 1)
uj1(p)
=> (je)(ue)=e
=> существует обратный
je
Т.о. φ(Z) – поле.
Рассмотрим поле характеристики p.
(a±b)=
В силу коммутативности
мы пользовались тем, что
.
1≤j≤p-1 ,
т.к. коэффициент целый, а p
не делится
на j!,
значит все остальное делится на него,
т.е. коэффициент делится на р.
k
– натуральное.
Док-во индукцией по k (уже взрослые!)
Далее
.
Аналогично индукцией по k.
(не смотрите на меня так)
Рассмотрим частный
случай k=1,
=a.
Получаем по предыдущему (ta)
=ta
Отсюда вытекает
Малая теорема Ферма. t≡t(p)
=> t
≡1(p)
НОД многочленов - НОД(f, g)
Если f=0,g=0, то НОД(f, g)=0
Если хотя бы один f≠0,g≠0, то это общий делитель наибольшей степени.
Можем считать, что если d≠0, то его старший коэффициент равен 1.
Многочлены взаимно просты, если НОД(f, g)=1
Лемма 1. НОД(f, φ)=НОД(f, ψ)=1 => НОД(f, φψ)=1
Лемма 2. fg делится на φ и НОД(f, φ)=1 => g делится на φ
Лемма 3. φ, ψ – делители f и НОД(φ, ψ)=1 => φψ делит f
О. 0≠f(x) наз. приводимым над F, если существует q(x), s(x), оба степени меньшей, чем f, такие, что f(x)=q(x)s(x). В противном случае он неприводим.
Лемма. Если fg делится на неприводимый многочлен p, то хотя бы одиниз этих множителей делится на p(x)
Д-во: Если f(x) не делится на p(x), то НОД(f, p)=1, но тогда по Лемме 2 g(x) делится на p(x)
Теорема. Для
любого 0≠f(x)F[x]
существуют такие неприводимые над F
многочлены p
(x)
со старшими коэффициентами равными 1,
что f(x)=c
,
причем такое представление единственное
с точностью до перестановки сомножителей.
Д-во: существование. Если многочлен сам неприводим, то указанное произведение состоит всего из одного множителя. Если же он приводим, то может быть разложен в произведение множителей меньшей степени. Если среди этих множителей снова имеются приводимые, то производим дальнейшее разложение на множители и т.д. Этот процесс должен остановиться после конечного числа шагов, т.к. при любом разложении f(x) на множители сумма степеней множителей должна равняться n и поэтому число множителей, зависящих от x, не может превосходить n.
единственность.
Доказательство индукцией по степени
многочлена. Пусть есть еще одно
представление f(x)=c.
q(x)
- делитель f(x)
=> по Лемме q
(x)
будет делителем хотя одного из многочленов
p
(x),
т.е. p
(x)=q
(x)
Сократим на эти множители. Получим многочлен меньшей степени, для которого по предположению индукции представление единственное. Противоречие.
Если F=C, то p(x)
– многочлены первой степени
Если F=R,
то p(x)
– многочлены либо1-ой, либо 2-ой степени
Следствие 1. Над любым F количество неприводимых многочленов бесконечно.
Д-во: Если поле бесконечное, то неприводимыми очевидно являются x-α . Для конечного поля см. Следствие 2.
Следствие 2. Если поле конечно, то для любого n существует неприводимый p(x), что degp(x)≥n
Д-во: Допустим, что
p,…,p
- все неприводимые многочлены.
Рассмотрим f(x)=+1.
Он раскладывается в произведение
p
,…,p
,
но он взаимно прост с каждым p
.
Противоречие.
Если
>1,
то p
(x)
– кратный множитель, а
- кратность.
Лемма 1. Если p(x) – к-кратный неприводимый множитель f(x), то p(x) – s-кратный неприводимый множитель f ’(x), где s≥k-1
Д-во:
f(x)=p(x)q(x)
f
’(x)=kp(x)q(x)p’(x)+p
(x)q’(x)=p
(x)(kq(x)p’(x)+p(x)q’(x))
Если характеристика поля равна 0, то s=k-1, т.к. p’(x) не делится на p(x) и q(x) не делится на p(x)
Выделение кратных множителей. (см. Курош)
Лемма
2. a(x)=
F[x],
χ(F)=p. Тогда
a’(x)=0
ia
0
(p)
b(x)
/ a(x)=b
(x)
Д-во:
=>
a’(x)=
a’(x)=0
=> ia
0
(p)
(i,p)=1
=> a=0
все промежуточные коэффициенты при
степенях, не кратных p,
равны 0.
a(x)=
b(x)=
Равенство в условии теоремы выполняется, т.к. верна формула бинома Ньютона на полем характеристики р.
<= Дифференцируем.
Теорема. f(x) не имеет кратных множителей (f,f’)=1
Д-во: Для χ(F)=0 тривиально
<= Пусть f(x)
имеет кратные множители => он содержит
p(x)
(k≥2)
Но тогда f’(x) содержит его в степени не меньше (1), тогда НОД не 1.
=> Пусть d(x)=НОД(f,f’) f(x) не имеет кратных множителей. Докажем, что d(x)=1. Пусть не так.
Если d(x)=0, то ясно, что кратных множителей бесконечно много.
Пусть d(x)≠0
=>
p,
d’
d(x)=p
(x)d’(x)
s≥1,
причем p
– неприводим.
s=1, иначе есть p(x)=НОД(f,f’)<d(x)
f(x)=p(x)f(x) f
(x)
не делится на p(x)
f’(x)=p’(x)f(x)+p(x)f
’(x)
f’(x)
делится на p(x)
=> p’(x)f(x)
делится
на p(x)
=> p’(x) делится
на p(x)
p’(x)=0 => по
Лемме 2 получаем, что p(x)
– приводим.
Противоречие.
Следовательно d(x)=1
Теорема. Пусть
дан ненулевой идеал IF[x].
Тогда
-
f(x) / I=(f(x))
-
F[x]/(f(x))=
F’~F, т.е. факторкольцо содержит подполе F’, изоморфное полю F, и
- линейное пространство над F’ и dim
=degf(x)
-
- поле f(x) неприводим над F
Д-во:
1.
2. Формируем гомоморфизм φ
g(x)F[x]
φ(g(x))=
=
=r(x) n=degf(x)
φ(r(x))=r(x)
остаток - r’(x)≠r(x) –остаток => r(x)=φ(r(x))≠φ(r’(x))=r’(x)
F’.
Классы соответствующие
будем считать элементами F’.
Обозначим через
- все многочлены, при делении на f(x)
дающие на 1. И т.д. получаем систему
(x)={r(x)+f(x)q(x)}
={x+f(x)q(x)}
(x)=
О. Матричный многочлен – это многочлен над кольцом матриц, т.е. его коэффициенты – матрицы.
Если матрицы невырожденные, то можно делить многочлены с остатком.
A[λ]=
B[λ]=
Теорема Гамильтона-Кэли. Всякая матрица является корнем своего характеристического многочлена.
Д-во:
Пусть дана матрица А.
Ее характеристический
многочлен |λE-A|=
Рассмотрим матрицу λE-A и B(λ) – присоединенную к ней.
(λE-A)B(λ)=B(λ)(λE-A)=|λE-A|E
Т.о. образом матричный многочлен |λE-A|E делится на многочлен (λE-A). А тогда А является корнем |λE-A|
Т. Гамильтона-Кэли является следствием обобщенной теоремы Безу.
(λ,A)
– наибольший
общий делитель миноров k-ого
порядка в матрице λE-A
Присоединенная
матрица B(λ)
состоит
из миноров n-1
порядка
матрицы λE-A
=>
все элементы
делятся на
(λ,A).
Тогда
B(λ)=
(λ,A)C(λ),
причем НОД миноров матрицы C(λ)
равен 1.
|λE-A|=(λ,A)
Δ
делится
на Δ
,
т.к. Δ
можно
разложить в сумму n
миноров
n-1
порядка
Т.о. Δ(λ,A)=Δ
(λ,A)d
(λ)
Имеем
Δ(λ,A)(λE-A)C(λ)=Δ
(λ,A)C(λ)(λE-A)=d
(λ)Δ
(λ,A)E
(λE-A)C(λ)=
C(λ)(λE-A)=d(λ)E
По обобщенной
теореме Безу, т.к. d(λ)E
делится
на (λE-A),
А является корнем d
(λ).
О.
f(λ)F[λ]
аннулирует
А, если f(A)=0
Характеристический многочлен аннулирует матрицу А.
I
- множество
аннулириующих многочленов А – идеал в
кольце F[λ]
I=(d
) Пусть
у d
старший
коэффициент равен 1
Существует
единственный минимальный d.
Действительно если и есть разные
минимальные, то одинаковой степени
(иначе кто-то меньше), но тогда вычтем
один из другого и получим аннулирующий
многочлен меньшей степени.
О. d(λ)
– минимальный
многочлен для матрицы А.
Любой минимальный многочлен делитель характеристического многочлена. Его степень не превосходит n.
Теорема. d=
- минимальный
многочлен для матрицы А.
Д-во: Пусть δ(λ) – минимальный для А
Тогда d(λ)=δ(λ)q(λ)
Т.к. δ(A)=0, то δ(λ)E делится без остатка на λE-A, т.е. δ(λ)E = (λE-A )Q(λ), следовательно
(λE-A)C(λ)=q(λ)(λE-A)Q(λ)
C(λ)=q(λ)Q(λ)
Однако, НОД элементов С(λ) равен 1. Поэтому многочлен q(λ) имеет нулевую степень, а его страший коэффициент равен 1 => q(λ)=1
λ-матрицы
(F[λ])
– кольцо
матриц с элементами из многочленов –
λ-матрицы.
О. A(λ)~B(λ), если B(λ) можно получить из A(λ) серией элементарных преобразований следующих видов
(i)’=C(i) CF\{0}
(i,k)=i+k
(i)’=(i)+φ(λ)(k) φ(λ)F[λ]
Каждое из этих преобразований эквивалентно домножению слева на матрицу (см. 1 семестр), которая называется элементарной.
О. D(λ) – диагональную матрицу назовем нормально-диагональной (форма Смита), если
D(λ)=diag(d(λ),…,d
(λ),0,…,0).
Причем d
(λ)
d
(λ),
а старшие коэффициенты у них равны 1.
Теорема.
A(λ)
(F[λ])
существует
единственная нормально-диагональная
матрица D(λ)
такая, что D(λ)~A(λ).
Лемма. a(λ)≠0
и
i, j
/ a
(λ)
не делится
на a
(λ),
тогда
A’(λ)~A(λ)
/ a’
(λ)≠0
и
dega’
(λ)<dega
(λ)
Д-во: Допустим, что i=1
a(λ)=q(λ)a
(λ)+r(λ)
[j]’=[j]-q(λ)[1] (действия со столбцами)
Затем поменяем местами [1,j]
Если j=1, то доказательство аналогично
Пусть теперь i≠1,
j≠1. Т.е.
a(λ)=q
(λ)a
(λ)
i=2,..,m
Тогда для каждой
строчки (i)’=(i)-q(λ)(1)
(1)’=(1)+(i)
a’=a
a’(λ)=a
(λ)-q
(λ)a
(λ)
a’(λ)=a
+a’
=(1-q
(λ))a
(λ)+a
(λ) не
делится на a’
Возвращаемся к первому случаю.
Бесконечное число раз лемму не применим, т.к. степень конечная.
Т.о. получится
матрица, в которой все элементы делятся
на
a.
По индукции. Допустим для матриц (m-1)x(n-1) теорема верна. Докажем для А.
Сделаем преобразование строк.
(i)’=(i)-q(1) i=2,..,m a’
=0
При этом делимость
на a
сохраняется. Такое же преобразование
сделаем со столбцами
Получим матрицу:
Для А’ справедливо предположение индукции. Получаем матрицу
Все элементы А’
делятся
на a.
Нормализуем
a
,
сделав
старший коэффициент 1. Теорема доказана.
Δ(A(λ))
– НОД
миноров k
порядка в матрице А.
Лемма. Если
B(λ)~A(λ)
=> Δ(А(λ))=Δ
(В(λ))
Д-во: Из определения получаем, что B(λ)=P(λ)A(λ)Q(λ), где P(λ), Q(λ) – невырожденные матрицы, причем |P(λ)|=const≠0, |Q(λ)|=const≠0
Из формулы Бине-Коши
получаем, что любой минор k
порядка в матрице В делится Δ(А(λ))
Рассмотрим нормально-диагональную матрицу D
Δ(D(λ)) k=1,..,r остальные
равны 0
Δ(D(λ))=d
Δ(D(λ))=d
…d
d(λ)=
=
(по Лемме
2) k≥1 Δ
(D(λ))=1
О.
Матрица
P(λ)
наз
унимодулярной над F[λ],
если det(P(λ))F\{0},
т.е. не зависит он λ
P(λ)
имеет
элементы из F[λ].
Вообще говоря, обратная не обязательно
состоит из многочленов.
Только унимодулярная обладает таким свойством.
Следствие. A(λ)~B(λ) существуют унимодулярные P(λ), Q(λ) / B(λ)=P(λ)A(λ)Q(λ)
Док-во: => по определению, т.к. элементарные матрицы – унимодулярные. А B(λ) получается из А(λ) серией элементарных преобразований.
<= Из
теоремы следует, что для унимодулярных
матриц нормально-диагональная форма
это Е. Тогда можем свести P(λ)
к Е, т.е.
P(λ)=P…Р
ЕQ
…Q
=
P
…Р
Q
…Q
=> можем
элементарными преобразованиями свести
B(λ)
к А(λ).
Ax=b над кольцом Z
Обычно мы решаем методом Гаусса, но в кольце делить нельзя.
Сделаем замену
x=Qy.
Если Q
– унимодулярная,
то Q
- целочисленная,
y=Q
x
=> если x
– целое,
то y
– целое
Автоморфизм – сложение + умножение на элементы Z
Автоморфизм целочисленное решетки происходит при помощи матрицы Q
Имеем Aqy=b
Существует такая матрица P, что PAQ=D нормально-диагональная (в качестве Q возьмем вторую матрицу)
PAQy=Pb
Dy=Pb=b’
Чтобы решение
существовало надо, чтобы b’
делилось
на d
Если надо решать систему линейных уравнение над F[λ], то это все тоже выполняется (P(λ), Q(λ) - унимодулярные)
Если даны квадратные матрицы над полем F. Как определить подобны они или нет? Ведь они не всегда могут быть диагонализируемы.
Теорема 2. Матрица А и В подобны над полем F тогда и только тогда, когда их характеристические матрицы эквивалентны над кольцом F[λ].
Д-во:
=> A≈B
=>
S
(detS≠0) / B=S
AS
S – унимодулярная матрица в кольце F[λ] (все степени λ равны 0)
B=SAS
λE-B=P(λ)(λE-A)Q(λ) P(λ)=S Q(λ)=S
Легко проверяется что верно (перемножить)
<= λE-B=P(λ)(λE-A)Q(λ)=… (1)
P(λ)=(λE-B)P(λ)+P
(2) P
,Q
от λ не
зависят
Q(λ)=(λE-B)Q(λ)+Q
(3)
…=((λE-B)P(λ)+P
)(λE-A)Q(λ)
= P
(λE-A)Q(λ)+(λE-B)P
(λ)(λE-A)Q(λ)=
=
P(λE-A)Q(λ)+(λE-B)P
(λ)P
(λ)(λE-B),
т.к.
Из (1) следует, что
(λE-A)Q(λ)=P
(λ)(λE-B) (4)
Аналогично P(λ)(λE-A)=(λE-B)Q(λ)
(5)
P(λE-A)Q(λ)=P
(λE-A)Q
+P
(λE-A)Q
(λ)(λE-B)=
=P(λE-A)Q
+P(λ)(λE-A)Q
(λ)(λE-B)-(λE-B)P
(λ)(λE-A)Q
(λ)(λE-B)=
P(λE-A)Q
+(λE-B)Q
(λ)Q
(λ)(λE-B)-(λE-B)P
(λ)(λE-A)Q
(λ)(λE-B)
Т.о.
λE-B=P(λE-A)Q
+(λE-B)(Q
(λ)Q
(λ)
-P
(λ)(λE-A)Q
(λ)+P
(λ)P
(λ))(λE-B)
λE-B-P(λE-A)Q
=(λE-B)[…](λE-B)
Слева многочлен первой степени от λ. Справа,е сли выражение в квадратных скобках не равно 0, то это все справа это многочлен 2 степени от λ. Значит […]=0.
Следовательно,
λE-B=P(λE-A)Q
Все коэффициенты равны, т.к. многочлены равны, следовательно
PQ
=E, B=P
AQ
Т.е. А и В подобны.
Заодно мы получили алгоритм
Следствие 1. S=
Q=Q(B)=(P(B))
Д-во: Подставим в (3) В вместо λ.
Следствие 2. А≈В
Δ(λ,A)=Δ
(λ,B)
k=1,..,n
d
(λ,A)=d
(λ,B)=
d(λ,A)
– инвариатный
множитель матрицы А.
!!!! Т.о. у подобных матриц одинаковые минимальные многочлены. Следовательно для преобразования φ в различных базисах один и тот же минимальный многочлен, т.к. матрицы φ для разных базисов подобны.
Фробениус. Как написать по многочлену матрицу, чтобы ее характеристический многочлен совпадал с этим.
=|λE-A|
A= λE-A=
Нормальная форма
Фробениуса – матрица состоит из блоков
A,..,A
A
,..,A
- матрицы
Фробениуса
И характеристический
многочлен А
должен быть делителем характеристического
многочлена А
Теорема. Для любой матрицы существует единственная нормальная форма Фробениуса, подобная этой матрице А.
Теорема 3. Пусть
f(λ)
– минимальный
для φ. f(λ)=f(λ)…f
(λ),
где сомножители попарно взаимно просты,
т.е. НОД(f
,f
)=1
i≠k
.Тогда V=V
…
V
,
где V
=Kerf
(φ),
V
- инвариантно
относительно φ
Д-во: Рассмотрим в начале произвольные многочлены g(λ), h(λ)
Ясно, что g(φ)h(φ)=gh(φ)
φf(φ)=f
(φ)φ
Пусть xV
,
т.е. f
(φ)x=0,
но V
- инвариантно
относительно φ, тогда 0=φ0=φf
(φ)x=f
(φ)φx=0
Индукция по s.
s=2 f(λ)=g(λ)h(λ) НОД(f,g)=1
u,v
/ u(λ)g(λ)+v(λ)h(λ)=1 подставим
φ
u(φ)g(φ)x+v(φ)h(φ)x=x
x=u(φ)g(φ)x x
=v(φ)h(φ)x
x=x+x
h(φ)x=0
=> x
Ker(h(φ))
g(φ)x=0
=> x
Ker(g(φ))
Пространство разложилось в сумму. Сумма прямая, т.к.
О. f(λ)
аннулирует
линейное преобразование φ на W,
если
x
W
f(φ)x=0
Среди всех многочленов, аннулирующих φ, выберем минимальной степени. Это минимальный многочлен подпространства.
Утверждения.
-
Минимальный многочлен существует и единственный
φ и
W
-
Если W
W
, то f
(λ) делитель f
(λ)
-
НОК(f
(λ),f
(λ)) –минимальный многочлен W
+W
-
Минимальный многочлен W
∩W
делитель НОД(f
(λ),f
(λ))
Пусть есть линейное пространство V над полем Ф и есть линейное преобразование φ.
e,…,e
- базис
[φ]=
Тогда V
раскладывается
в прямую сумму V=VV
V,
V
- инвариантны относительно φ
|[φ]-λ
E|=ff
=|A-λE||B-λE|
Минимальный для
φ НОК(f,f
)
Для любой матрицы А существует единственная фробениусовая матрица F: F~A
F=diag(F,…,F
)
(по теореме)
F
- клетка
Фробениуса, она имеет вид
F
=
n=n+…+n
λE-A~diag(1,..,1,d(λ),..,d
(λ))
|λE-
F|=d
(λ)
В базисе
e,…,e
[φ]
=A,
а в другом [φ]=F
Т.о. если мы будем
рассматривать нормальную форму Фробениуса
для φ, то получим, что V=V…
V
О.
элементарный делитель, если степень
отлична от 0.
Минимальный
многочлен на подпространство V
есть
|λE-F
|.
Это следует из след. леммы.
Лемма. У матрицы Фробениуса характеристический и минимальный многочлен одинаковы.
Д-во:
Для F M
=d
(λ)
M=1.
т.к. есть минор этого порядка, соответствующий
Е (см. под главной диагональю)
Если f(λ) – минимальный многочлен V
f(λ)=f(λ)…f
(λ),
то по теореме 3 имеем разложение V=
W
…
W
,
где W
=Kerf
(φ)
f(λ)
– минимальный
многочлен на W
A~(A,…,A
)
A
- матрица
сужения преобразования φ на W
Имеем второе разложение (через Фробениуса).
Рассмотрим W∩V
.
Оно инвариантно относительно φ, как
персечение инвариантных подпространств.
f(λ)=d(λ)
d(λ)=
f
(λ)…f
(λ)
d(λ)=
У F
диагональный множитель d
(λ)=
У F
диагональный множитель d
(λ)=
У F
диагональный множитель d
(λ)=
дальше идут единицы.
Минимальный
многочлен
на W
-
W=Kerf
(φ)
f
(A)x=0
Применим теорему
3 к F.
Тогда V
можно
разложить в прямую сумму.
F~diag(F
,..,F
) F
- матрица
Фробениуса для
|λE-F|=
F
- сопровождающая
для
Эти клетки находятся единственным образом. Для каждого элементарного делителя есть единственная соответствующая ему матрица Фробениуса.
Аналогичный
результат получаем для F,..,F
F~daig(F
,…,F
)
|λE-F|=
Т.о. мы доказали следующую теорему.
Теоерема
4. Любая
матрица А подобна единственной с
точностью до перестановки клеток
блочно-диагональной матрице diag(F)
i=1,..,t j=1,..,s,
где |λE-F
|=
,
F
- клетка Фробениуса, соответствующая
элементарному делителю
(λ)
(
)
Клетку Фробениуса можно заменить жордановой клеткой.
~
вверху
коэффициенты бинома
т.к. система инвариантых множителей одинаковы.
Теорема Жордана. Над полем комплексных числе любая матрица А подобна единственной с точностью до перестановок жордановой матрице.
О. f(λ) – минимальный многочлен для вектора е
f(φ)e=0 f(λ) аннулирует φ на вектор е
минимальный это минимальный степени аннулирующий.
Рассмотрим такую
систему
,
что первые m
векторов
образуют линейную независимую систему.
А система m+1
векторов
уже линейно зависима.
е≠0, тогда такое m существует.
Тогда существуют
коэффициенты, что
f(λ)=λ.
Этот многочлен аннулирует φ
на е и
минимальный.
Теперь пусть для
пространства V
есть базис
e,..,e
.
Для каждого вектора из базиса построим
его минимальный многочлен. Получим
систему f
(λ),..,f
(λ).
Тогда минимальный многочлен для V
будет
НОК(f
(λ),..,f
(λ))