Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лин-е инт-е ур-я Ф-ма 2011-2013.docx
Скачиваний:
94
Добавлен:
15.09.2019
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

§15. Теорема Адамара

Для строгого обоснования результатов параграфа !!!... нам нужна теорема Адамара. При доказательстве этой теоремы мы будем опираться на следующую лемму.

Лемма. Если все элементы aik определителя

(15.1)

вещественны и удовлетворяют условиям

a2r1+a2r2+…+a2rn=1, r = 1,2,…,n, (12)(15.2)

то

Приведем сначала два частных случая этой леммы, допускающих геометрическую интерпретацию.

1. . Параллелограмм OP1P3P2 (черт. 2) имеет вершину O в начале прямоугольной системы координат. Координаты вершин P1 и P2 обозначены на чертеже. Площадь параллелограмма OP1P3P2 выражается формулой

Если OP1 = 1, OP2 = 1, т.е. если

то геометрически очевидно, что наибольшая площадь получится, когда наш параллелограмм обратится в прямоугольник, причем в этом случае она будет равна 1. Поэтому вообще .

2. . Одна вершина параллелепипеда OP1P2P3 (черт. 3) находится в начале прямоугольной системы координат.

Координаты вершин P1, P2, P3 обозначены на чертеже. Объем параллелепипеда OP1P2P3 выражается формулой

.

Если , т.е. если

,

то геометрически очевидно, что объем будет наибольшим, когда параллелепипед станет прямоугольным, причем в этом случае объем будет равен единице. Поэтому вообще .

Доказательство леммы. есть функция от аргументов , непрерывная в области U, ограничена и замкнута. Поэтому в этой области определитель имеет максимум и минимум. Эти максимум и минимум, которые мы хотим определить, представляют собой так называемые абсолютные максимум и минимум. По если некоторая система значений дает абсолютный максимум (минимум) для , то она дает также и относительный максимум (минимум). Поэтому для определения последнего могут быть применены обыкновенные методы дифференциального исчисления.

Теперь, если функция от переменных, связанных с различными соотношениями

, , …,

принимает максимальное или минимальное значение, то первых частных производных от вспомогательной функции

,

где постоянные числа, должны обратиться в нуль.

В данном случае ,

и, значит, вспомогательная функция имеет вид

.

По только что приведенной теореме в точке, в которой имеет максимум (минимум), должны выполняться соотношения

или

, 1, (13)(15.3)

где обозначает алгебраическое дополнение элемента в определителе . Помножим обе части этого уравнения на и просуммируем по от 1 до . Так как , то мы получим

.

или ,

Подставим в уравнение (13)(15.3) вместо λj эти значения; тогда мы будем иметь и поэтому определитель

сопряженный с А, будет равен

Первый из этих определителей равен A­­n-1 [Курош А.Г. Курс высшей алгебры ], а второй, как это нетрудно вычислить, приводится к Аn+1. Поэтому

Аn+1=An-1.

Так как этому уравнению должны удовлетворять и максимум и минимум определителя, то значит, максимум определителя А равен +1, а минимум равен -1 и, следовательно, |A| .

Теорема Адамара. Теперь мы можем доказать более общую теорема Адамара.

Если элементы bjk определителя

В=

_______

A11

A12

…

A1n

_______

A21

A22

…

A2n

…

…

…

…

An1

An2

…

Ann

Вещественны и удовлетворяют неравенствам

|bjk|=| ,

то

|B|| n n.

Доказательство: Пусть

b2i1+b2i2+…+b2in=si, (i=1,2,…,n).

Случай I. Одна или несколько из величин si обращается в нуль, например sk=0. Тогда bki=0 (i=1,2,…,n), следовательно, также и В=0, и теорема в этом случае доказана.

Случай II. Ни одна из величин si не равна нулю. Тогда каждое si положительно, т.е.

s1>0, s2>0,…, sn>0.

Рассмотрим теперь определитель

=

_______

…

_______

…

…

…

…

В нем

2+…+ 2=1 (i=1,2,…,n),

и, значит, он удовлетворяет условиям леммы. Поэтому

|B| .

Но так как |bik| M, то из равенства

si=b2i1+b2i2+…+b2in.

вытекает, что

si nM2 (i=1,2,…,n).

Поэтому

|B| Mn n.