- •2.23. Плоскость и гиперплоскость
- •Прямая линия
- •Линейные операторы
- •2.26. Матрица линейного оператора в заданном базисе
- •Умножение оператора на число
- •Оператор проектирования (р)
- •Оператор гомотетии6 (н)
- •2.28. Геометрический смысл матрицы линейного оператора
- •2.29. Действия с операторами
- •Сложение операторов
- •Произведение операторов
- •Обратный оператор
- •Задание для самостоятельного решения
- •2.30. Сопряженный оператор. Сопряженная матрица
- •Задание для самостоятельного решения
- •2.31. Самосопряженные операторы. Симметричные матрицы
- •2.32. Собственные значения и собственные векторы линейного оператора
- •Задание для самостоятельного решения
- •2.33. Изменение матрицы линейного оператора при преобразовании базиса
- •Задание для самостоятельного решения
- •2.34. Преобразование ортонормированного базиса в ортонормированный
- •2.35. Квадратичные формы
- •2.35.1. Приведение квадратичной формы к каноническому виду
- •Задание для самостоятельного решения
- •2.35.2. Приведение общего уравнения кривых второго порядка к каноническому виду
Произведение операторов
Отображение, полученное в результате применения к вектору сначала оператора В, а затем А, называют произведением (композицией) операторов А и В:
(2.29.5)
Порядок сомножителей в произведении
операторов существенен, так как, вообще
говоря,
.
линейный
оператор (доказательство этого свойства
проведите самостоятельно). Если
является n-мерным
пространством, то матрица произведения
двух линейных операторов равна
произведению матриц этих операторов,
взятых в том же порядке (мы не доказываем
это утверждение).
Композиция операторов подчиняется следующим законам:
(2.29.6)
В формулах
(2.29.6) через
обозначен линейный оператор, через
действительное
число.
Обратный оператор
Если для линейного оператора
существует такой оператор
,
что
(2.29.7)
то оператор
называют
обратным оператором по отношению
к А, а сам оператор А называется обратимым.
Имеет место следующее утверждение.
Теорема. Любой обратимый оператор имеет только один обратный оператор.
Докажем теорему методом от противного.
Предположим, что обратимый оператор А
имеет два обратных оператора
и
.
Тогда, учитывая (2.29.6) и (2.29.7), получим
Оператор линейный (докажите это самостоятельно).
В конечномерном пространстве
матрица оператора
есть матрица, обратная к матрице оператора
А, причем
(почему?).
Заметим, что оператор А обратим тогда
и только тогда, когда существует взаимно
однозначное отображение пространства
на себя. Если при этом
,
то
.
Задание для самостоятельного решения
В пространстве
многочленов степени не выше
задан линейный оператор дифференцирования
.
Доказать операторное равенство
(О нулевой оператор).Доказать, что
.Установить, какие из заданных операторов являются обратимыми и найти для них явный вид обратных операторов (
фиксированный единичный вектор,
,
фиксированное
число):
а)
;
б)
;
в)
г)
д)
2.30. Сопряженный оператор. Сопряженная матрица
Пусть А и
–
линейные операторы, отображающие
евклидово пространство
в себя. Операторы А и
называют сопряженными, если для
любых двух векторов х, y
имеет место равенство
(2.30.1)
Можно доказать, что для всякого оператора А сопряженный оператор существует и единственен, а также имеют место следующие свойства:
1)
2)
3)
(2.30.2)
Выясним, как связаны матрицы сопряженных операторов в n-мерном евклидовом пространстве.
Для этого выберем в евклидовом пространстве
ортонормированный базис
и будем считать, что
(2.30.3)
разложения
векторов
и
по этому базису, т. е.
матрица
оператора А, а
матрица
оператора
в этом базисе (см.п. (2.26)).
Умножая
равенство (2.30.3) скалярно на
и используя ортонормированность базиса
,
найдем
Отсюда согласно (2.30.1) получаем
Следовательно, матрица оператора
будет транспонированной матрицей по
отношению к матрице
.
Полученный результат сформулируем в виде теоремы.
Теорема. Если оператор А в
ортонормированном базисе евклидова
пространства имеет матрицу
,
то сопряженный оператор
будет иметь в этом же базисе матрицу,
равную транспонированной матрице
.
