1060963_B9CC3_zinenko_s_n_lineinaya_algebra
.pdf№ 7.3.
Для квадратных матриц размера n вводятся определения, аналогичные операторным. Матрица I называется единичной, если
|
|
|
|
|
|
1 ... 0 ... 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
A I =I A=A, |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1, |
i = j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
I = |
0 ... |
|
... 0 |
= δ |
, |
где δ |
i j |
- символ Кронекера. |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i j |
|
|
|
|
0, i ≠ j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 ... 0 ... 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Матрицы |
A и |
B называются обратными друг к другу, если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
A B = B A = I B = A −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Очевидно, единичному оператору в любом базисе {e } |
отвечает единичная матрица |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{e} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I →I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а паре взаимно обратных операторов взаимно обратные матрицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
B = A−1 |
|
|
{e |
} |
|
{e} |
|
B = A −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
A →A, B→B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Взаимно обратным операторам D = |
d |
и D−1 =J= ∫x |
в Pnλ |
(λ > 0) в “родном” базисе { |
xk |
} |
||||||||||||||||||||||||
dx |
k! |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отвечают матрицы ( № 6.2. ), как нетрудно проверить (?!), взаимно обратные |
−λ |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
+λ |
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+λ |
|
−λ |
|
+λ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
−2 |
|
−3 |
|
−4 |
|
|
||
{e} |
|
|
|
|
+λ−1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
{e} |
|
|
|
|
|
|
+λ−1 |
−λ−2 |
+λ−3 |
|
|||||||
|
|
|
|
+λ−1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+λ−1 |
−λ−2 |
|
|
|||||||
D→D |
= |
|
|
|
|
|
|
J →J |
λ |
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
+λ−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+λ−1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. В n −мерном пространстве полиномов Pn = Pn0 (λ = 0) дифференциальному
оператору D = |
d |
в “родном” базисе |
{ |
xk |
} |
отвечает вырожденная матрица “сдвига вверх” |
|||||
dx |
k! |
||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{e} |
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
D→D0 = |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. Матрицы |
Dλ и Jλ |
можно выразить через сдвиг |
D0 . |
Учитывая, что |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
D0 |
2 , D03, ... , D0n−1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
- матрицы “сдвига вверх” на 2 , 3 , … , (n −1) |
компонент, так что D0n =D0n+1 =...=0 , получим |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
n−1 |
|
Dλ =(λI +D0 ) Jλ =Dλ−1=(λI +D0 )−1=λ−1 (I +λ−1D0 )−1=λ−1 ∑(−λ−1D0 )k =∑(−1)k λ−k−1D0k |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k=0 |
|
|
|
|
k=0 |
|
Сравнить! с действием операторов D и J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
λ |
|
λ x |
|
|
d |
|
|
λ |
|
λ x n−1 |
|
k |
|
−k −1 d k |
|||
Dp |
|
= e |
|
(λp(x) |
+ |
|
p(x)), |
J p |
|
= e |
∑(−1) |
|
λ |
|
|
p(x) |
||
|
|
dx |
|
|
dxk |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k =0 |
|
|
|
|
|
|
41
№ 7.4.
Из формул разложения определителя по элементам
i ой строки |
j го столбца |
n |
n |
∑ai k Aj k =det A δ i j |
∑ak j Ak i =det A δ j i |
k=1 |
k=1 |
следует, что если det A≠0 , то существует обратная матрица, равная
A −1 = det1 A A′
где A′ транспонированная матрица алгебраических дополнений:
|
|
a11 |
... a1 j |
... a1n |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
A = |
|
ai1 |
... a i j |
... ai n |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
a |
|
... a |
|
... a |
|
|
|||
|
n 1 |
n j |
n n |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
... A |
|
... A |
|
|
|
||
|
|
|
11 |
|
1 j |
|
1n |
|
|
||
|
|
||||||||||
= |
|
A |
... A |
i j |
... A |
n |
|
|
|||
A |
|
|
i1 |
|
|
|
i |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
A |
... A |
|
... A |
|
|
|
||
|
|
|
n 1 |
|
n j |
|
n n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
A11 ... Ai1 ... An 1 A′ = A1 j ... Ai j ... An jA1n ... Ai n ... An n
|
1 1 −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1 −1 −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
A |
= −1 −2 3 |
|
|
A −1 = −1 −2 3 |
|
|
= ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
3 2 −4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 2 −4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Построим матрицу алгебраических дополнений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
−2 3 |
|
|
−1 |
|
3 |
|
|
|
|
−1 −2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
2 −4 |
|
|
|
3 |
|
|
−4 |
|
|
|
|
3 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 −1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
1 ±1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 5 4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
A |
= |
– |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
±2 |
−1 1 |
|
|
|
A′ = |
5 |
− |
1 |
− |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
±2 −4 |
|
±3 |
|
|
−4 |
|
|
|
|
±3 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
1 |
−1 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
−2 −1 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
±1 −1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
−1 |
|
|
|
|
1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
+ |
|
|
– |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
−2 3 |
|
−1 |
|
3 |
|
|
|
|
−1 −2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее найдем определитель данной матрицы (одновременно сделав проверку)
|
|
1 1 −1 2 |
|
2 1 3 0 0 |
1 0 0 |
det A = 3 |
|||||||||||||||||||||
A A′ |
= −1 −2 |
3 |
|
|
5 |
−1 −2 |
= |
0 |
|
3 |
|
0 |
|
= 3 |
0 1 0 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
3 2 |
−4 |
|
|
4 |
|
1 −1 |
|
|
0 0 3 |
|
|
0 0 1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
′ |
1 |
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||
A |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
|
A |
= 3 |
|
5 |
−1 −2 |
|
= |
± 3 |
− |
3 |
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
det A |
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
1 |
−1 |
|
|
4 |
|
|
1 |
|
− |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
42
№ 7.5.
Обратную матрицу A −1 можно рассматривать как решение X матричного уравнения
A X = I
A x |
1 |
, ... , x |
k |
, ... , x |
= e |
1 |
, ... ,e |
k |
, ... ,e |
|
|
Ax |
= e |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
k |
|
k |
|
|
|
|||||
Следовательно, k ый |
столбец |
xk |
матрицы X есть решение неоднородной системы с |
||||||||||||||||||
матрицей коэффициентов A и правой частью ek |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Axk = ek |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Решая полученные |
системы |
линейных |
неоднородных |
уравнений |
методом |
|
Гаусса |
||||||||||||||
(полному), преобразуем матрицу |
A |
в |
расширенных |
матрицах систем A |
|
e |
в |
||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
единичную A~ I . Тогда правые части преобразуются в решения систем ek ~ xk . Следовательно, если построить объединенную расширенную матрицу
|
A |
|
e |
, ... ,e |
|
, ... ,e |
|
= A |
|
|
I |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
|
k |
|
n |
|
|
|
|
и преобразовать методом |
Гаусса |
матрицу |
A~ I |
в единичную, то правая часть |
|||||||
I ~ X = A −1 преобразуется |
в матричное решение: |
|
|
|
|
|
A |
|
I ~ |
|
I |
|
A −1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−2 0 2 |
|
|
|
|
|
|
|
1−2 0 2 |
|
1 0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
A = −2 5 1−5 |
|
A |
|
I = |
−2 5 1−5 |
|
0 |
1 0 0 |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
2 |
−5 ±0 6 |
|
|
|
|
|
|
2 −5 ±0 6 |
|
0 |
0 1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
0 0 1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 0 1 2 |
|
|
|
0 |
0 0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 ±0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1−2 0 2 |
|
|
1 0 |
|
|
1 0 |
2 0 |
|
5 |
|
2 0 ±0 |
|
1 0 |
0 −2 |
|
5 |
0 −2 |
0 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
0 |
1 1−1 |
2 |
1 |
±0 0 |
~ |
|
0 |
1 |
1−1 |
|
2 |
|
1±0 0 |
|
|
0 |
1 0 −2 |
|
2 |
0 −1 |
0 |
~ |
|||||||||
~ |
0 |
−1 0 2 |
|
−2 |
±0 |
|
1 0 |
±0 |
±0 |
1 1 |
|
0 |
±1 1 0 ~ |
±0 |
±0 |
1 1 |
|
0 |
1 1 |
0 |
||||||||||||
|
0 |
0 1 2 |
|
±0 |
0 |
|
0 1 |
|
|
0 |
0 |
1 2 |
|
±0 |
|
0 0 1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
−1 −1 1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 |
0 |
0 |
|
5 |
−2 |
−4 ±2 |
|
|
|
|
5 −2 −4 ±2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
~ |
|
0 |
1 0 |
0 |
|
2 |
−2 |
−3 2 |
= |
I |
|
A −1 A −1 |
= |
2 −2 |
−3 2 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
0 |
0 |
1 0 |
|
0 |
±2 |
|
|
|
|
|
|
0 ±2 |
2 −1 |
|
|
|
|
2 −1 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
±0 |
−1 |
−1 1 |
|
|
|
|
|
0 −1 |
−1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43
№ 7.6.
Если
y = A x
и det A ≠ 0 , так что A −1 , то
A x = y A −1 A x = A −1 y I x = A −1 y x = A −1 y
y1
y2y3y4
= |
x1 |
−2x2 |
|
|
+ x4 |
|
|
= |
x1 |
− x2 |
+ |
x |
+ x4 |
|
|
=−2x |
1 |
+4x |
− x |
|
|||
|
|
2 |
|
3 |
4 |
|
=−2x1 +2x2 +2x3 + x4
y1 |
|
|
1−2 |
0 |
1 x1 |
|
|
|
||
y |
|
= |
|
1 |
−1 0 |
1 x |
|
|
y = A x |
|
y2 |
|
−2 |
4 |
1 |
−1 x2 |
|
||||
y3 |
|
|
|
−2 |
2 |
2 |
1 x3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
1−2 0 1 |
|
|
|
|
|
1−2 0 1 |
|
|
|
1 0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
A = |
1 −1 0 1 |
A |
|
I |
= |
|
1 |
−1±0 1 |
|
|
|
0 1 0 0 |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
−2 4 1−1 |
|
|
|
|
−2 4 1 |
−1 |
|
|
|
0 0 1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
−2 2 2 1 |
|
|
|
|
|
−2 2 2 1 |
|
|
|
0 0 0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1−2 0 1 |
|
1 0 0 ±0 |
|
|
1 0 0 |
1 |
|
|
|
−1 2 0 ±0 |
|
1 0 0 1 |
|
−1 2 0 0 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0 1 0 0 |
|
|
−1 1±0 0 |
~ |
|
0 |
1 0 |
0 |
|
|
|
−1 1±0 0 |
~ |
0 1±0 0 |
|
−1 1 0 0 |
||||||
~ |
0 0 1 1 |
|
2 ±0 1 0 |
±0 |
±0 1 1 |
|
|
2 ±0 1 0 |
±0 ±0 1 1 |
|
2 0 1 0 ~ |
||||||||||||
|
0 −2 2 3 |
|
±2 0 0 1 |
|
|
0 |
0 2 |
3 |
|
|
|
0 2 0 1 |
|
0 0 0 |
1 |
|
−4 2 −2 1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 0 |
0 |
|
|
|
3 0 2 −1 |
|
|
|
|
|
|
|
3 0 2 −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
0 |
1 0 |
0 |
|
|
|
−1 1±0 0 |
= |
I |
|
A −1 A −1 = |
−1 1 0 0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 −2 3 −1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 −2 3 −1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 0 |
1 |
|
|
|
−4 2 −2 1 |
|
|
|
|
|
|
−4 2 −2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
3 0 |
2 −1 y1 |
|
|
x1 = 3y1 |
|
|
+2 y3 − y4 |
||||||
|
−1 |
|
|
|
|
x |
= −y |
1 |
+ y |
2 |
|
|
|||||||||
x = A |
y |
|
x |
|
= |
|
−1 1 0 |
0 y |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||
|
x2 |
|
|
6 |
−2 |
3 |
−1 y2 |
|
x3 |
= 6 y1 |
−2 y2 + 3y3 − y4 |
||||||||||
|
|
|
|
x3 |
|
|
−4 |
2 |
−2 |
1 y3 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
=−4 y |
|
+2 y |
|
−2 y + y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
1 |
2 |
4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
3 |
Замечание. По существу решена задача нахождения для линейной вектор-функции с n компонентами от n неизвестных
y = f ( x)
обратной вектор-функции
x = f [ −1 ] ( y)
44
№ 7.7.
Решениями матричных уравнений
|
|
|
|
|
|
|
|
A X = C , |
|
Y B = C , |
A Z B = C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
при условии невырожденности матриц A и B , являются матрицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
X = A −1 C , |
Y = C B −1 , |
Z = A −1 C B −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
3 5 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 4 X |
|
= |
|
2 1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X = |
1 2 |
−1 |
|
3 5 0 |
|
1 2 |
−1 |
|
1 |
|
|
4 −2 |
|
1 4 −2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
±3 4 |
|
|
±2 1 ±0 |
±3 4 |
= |
14 −2 3 −3 1 =− |
= |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
= |
2 −3 1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
=−1 4 −2 |
3 ±5 0 |
= −1 8 ±18 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
2 −3 1 |
|
2 1 0 |
2 −7 −14 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
1 2 |
|
|
|
1 −2 |
|
|
1 −2 |
1 2 |
|
−1 |
= −1 |
1 −2 |
4 −2 |
|
= − 1 |
10 −4 |
|
|||||||||||||||
Y |
|
= |
|
3 5 |
|
Y = |
|
3 5 |
|
|
|
3 5 |
|
−3 −1 |
|
|
|||||||||||||||||
|
3 4 |
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|
|
0 0 |
|
|
3 4 |
|
|
2 |
|
0 0 |
|
−3 1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|||||||
1 0 |
|
|
|
1 −2 |
|
1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3 1 Z |
|
|
|
0 1 |
= |
0 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z = |
1 0 |
−1 |
|
1 0 1 −2 |
−1 |
|
|
1 0 −1 |
= |
1 0 |
1 −2 −1 |
= |
1 +2 |
|
= |
||||||||||||||||||
3 1 |
|
0 1 0 1 |
= |
|
+3 1 |
|
|
−3 1 , |
0 1 |
|
0 1 |
|
|||||||||||||||||||||
|
1 0 |
|
|
|
1 0 1 +2 |
|
|
1 0 1 +2 1 +2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
= |
−3 1 |
|
|
|
0 1 |
0 1 |
|
= |
−3 1 0 1 = −3 −5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. Обратим внимание, как просто строится обратная матрица к “треугольной” (особенно, если на диагонали стоят единицы, гарантирующие невырожденность матрицы, и, в частности, определитель равный единице). Обратная матрица также “треугольная”. В то же время произведение двух “разно-треугольных” матриц есть некоторая произвольная, но с определителем равным единице.
|
|
1 a b |
|
|
1 a b −1 |
|
1 −a ac −b |
|||||||||||||||
A = |
0 |
1 c |
A−1 = |
0 |
1 c |
= |
0 |
1 −c |
||||||||||||||
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
0 1 |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
′ |
|
− 1 |
|
|
|
|
′ |
|
|
1 |
0 |
0 |
||
= |
|
a 1 0 |
|
|
|
|
= |
|
A |
−1 |
= |
|
−a |
1 0 |
|
|||||||
A |
|
|
( |
A |
) |
|
( |
|
) |
|
|
|||||||||||
|
|
b c 1 |
|
|
|
|
|
|
|
ac −b −c 1 |
45
8. МАТРИЦА ПЕРЕХОДА К НОВОМУ БАЗИСУ.
ОБРАТНЫЙ ОПЕРАТОР
№ 8.1. |
Построить |
|
матрицу перехода |
Τ |
от |
|
старого базиса { e } |
|
к новому { |
e } |
в |
|||||||||||||||||||||||
пространстве |
Pn |
и |
матрицу перехода |
T от нового базиса |
{ e } |
|
к старому |
{ e }. |
||||||||||||||||||||||||||
Проверить, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T =T −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
{e } ={x 0 , ... , xi −1, |
... , |
xn −1 }, |
|
|
{e }={(x − x0 )0 , ... ,(x − x0 )j −1 , ... ,(x − x0 )n −1 } |
|||||||||||||||||||||||||||||
{e } ={x0 , ... , |
xi −1, |
... , |
xn −1 }, |
|
|
|
{e }={ |
|
x 0 |
, |
... , |
|
x j −1 |
|
, |
... , |
xn −1 |
|
|
} |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
0! |
( j −1)! |
(n −1)! |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
№ 8.2. |
Найти |
непосредственно |
координаты |
x , x |
вектора |
p Pn |
|
в старом и новом |
||||||||||||||||||||||||||
базисах ( № 8.1. ). Проверить справедливость формул |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = T x, |
x = T x = T −1 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
№ 8.3. |
Найти непосредственно матрицы D , D дифференциального оператора D = |
d |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
dx |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
в старом и новом базисах ( № 8.1. ). Проверить справедливость формул |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
D =T D T −1, |
|
|
D =T D T −1 =T −1 D T |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
№ 8.4. |
Показать, что система векторов { |
f } ={ |
f1, ... , f j , |
... , |
fn } Rn |
образует |
базис. |
|||||||||||||||||||||||||||
Найти матрицу перехода Τ от старого (канонического) |
базиса {e } |
к новому |
{ |
f }. |
||||||||||||||||||||||||||||||
Показать, что матрица перехода T от нового базиса { |
f } к старому {e } |
равна T =T −1 . |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
|
|
0 |
|
|
−2 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
f1 = |
|
2 |
, |
f2 = |
1 |
, |
f3 = |
|
2 |
, |
|
f4 = |
|
0 |
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
−1 |
|
|
|
0 |
|
|
−1 |
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
−1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
f1 = |
2 |
, |
f2 = |
|
−3 |
, |
f3 = |
2 |
, |
|
f4 = |
1 |
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
2 |
|
|
−4 |
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46
Теория
Пусть |
{e } ={e1, ... , ei , |
... , en } , |
{e } ={ e1, |
... , e j , ... , en } старый и |
новый |
базисы |
||||||||||||||||||||||||||||
пространства En . |
Разлагая новый базис { e } |
по старому { e }, составим из столбцов |
||||||||||||||||||||||||||||||||
координат t |
j |
векторов e |
j |
матрицу T = t |
1 |
, ... , t |
j |
, ... , t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ1 j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
... |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ11 |
τ1 j |
τ1n |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{e} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e j |
=τ |
|
+ |
|
τ |
i j ei |
+ +τ |
n j en |
→ |
|
τ |
|
= |
t j |
|
T |
= |
= |
|
τ |
i1 |
... |
τ |
i j |
|
... |
τ |
i n |
|
|||||
|
1 j e1 ...+ |
|
... |
|
|
|
i j |
|
|
|
|
t1, ... , t j , ... , tn |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τn 1 |
... |
τn j |
|
... |
τn n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
называемую матрицей перехода от старого базиса к новому |
{e } |
T |
|
}. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
→{e |
|
T |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Аналогично строится матрица перехода T |
от нового базиса к старому |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
{e }→{e } |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ1i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
... |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ11 |
τ1i |
τ1n |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{e} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
=τ |
e |
+ |
τ |
|
e |
|
+ +τ |
|
e |
|
→ |
|
τ |
j i |
= |
t |
|
|
T |
= |
t |
|
, ... , t |
, ... , t |
= |
τ |
j1 |
... |
τ |
j i |
... |
τ |
j n |
|||
i |
|
|
...+ |
|
j i |
j |
... |
n i |
n |
|
|
|
|
i |
|
|
1 |
n |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
1i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τn i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τn 1 |
... |
τn i |
... |
τn n |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Матрицы Τ , |
|
T |
|
связаны равенством: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e j =∑τk j ek =∑τk j ( |
∑τi k ei |
)=∑(∑τi k τk j )ei =∑δi j ei |
|
∑τi k |
τk j =δi j |
|
|
T T =I |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
k=1 |
|
|
k=1 |
|
|
i=1 |
|
|
|
i=1 k=1 |
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
n |
|
|
|
|
n |
τk i ( |
|
n |
|
|
|
n |
|
( |
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j k |
|
k i |
|
|
|
j i |
|
T T = I |
|
||||||||||||||||||||
|
|
∑ |
τk i |
∑ |
∑ |
τ j k e j |
∑ |
∑ |
|
|
|
|
|
|
∑ |
δ j i ej |
|
|
|
∑ |
τ |
τ |
=δ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
ei = |
|
ek = |
|
|
)= |
|
|
|
|
τ j k τk i )ej = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
k=1 |
|
|
|
k=1 |
|
|
|
j=1 |
|
|
|
j=1 k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
|
|
|
|
k=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
№ 8.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В пространстве Pn |
(остановимся для простоты на случае n =5 ) рассматриваются базисы |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
{e } ={x 0 , x1, x2 , x3 , x4 }, |
|
|
|
|
{e}={(x −x0 )0 , (x −x0 )1, (x −x0 )2 , (x −x0 )3 , (x −x0 )4 } |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Разложение вектора |
|
e j |
= (x − x0)j −1 |
по базису |
|
{ e } ={ x0 , |
x1, |
|
|
x2 , |
x3, x4 } |
сводится к |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
применению формулы бинома Ньютона: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
e |
=(x |
−x |
|
)0 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+1 x0 =+ 1 e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|||||||||||
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
e |
2 |
=(x |
−x |
|
)1 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+1 x1 − x |
0 |
x0 =− x |
0 |
e + 1 e |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
e |
=(x |
−x |
|
)2 |
= |
|
|
|
|
|
|
+1 x2 − |
2x |
0 |
x1 + x |
2 |
x0 =+ x |
2 |
e |
−2x |
0 |
e |
2 |
+ 1 e |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
e |
4 |
=(x |
−x |
|
)3 |
= |
|
|
|
+1 x3 − |
3x |
0 |
x2 + |
3x |
2 |
x1 − x3 |
x0 =− x3 |
e |
+ 3x2 |
e |
2 |
−3x |
0 |
e |
+ 1 e |
4 |
|
|
x |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
e |
=(x |
−x |
|
)4 |
=+1 x4 |
− |
4x |
0 |
x3 + |
6x |
2 |
x2 − |
4x3 |
x1 + x |
4 |
x0 =+ x |
4 |
e |
−4x3 |
e |
2 |
+6x2 |
e |
−4x |
0 |
e |
4 |
+1 e |
x |
||||||||||||||||||||||||||
|
5 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
3 |
|
|
|
|
5 |
||||||||
|
|
+1 |
|
−x0 |
|
+x20 |
|
|
|
−x30 |
|
|
|
|
|
+x40 |
|
|
|
|
|
|
1 −x0 |
|
|
x20 −x30 |
|
x40 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
{e} |
|
0 |
|
{e} |
|
+1 |
|
{e} −2x0 |
|
|
{e} |
+3x20 |
|
|
|
{e} |
−4x30 |
|
|
|
|
|
|
0 1 −2x0 |
3x20 −4x30 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
e1 → |
|
0 |
, e2 → |
|
0 |
, e3 → |
+1 , e4 |
→ |
−3x |
0 |
, e5 → |
+6x |
2 |
T= |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
1 −3x |
0 |
|
6x2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+1 |
|
|
|
|
− |
4x |
0 |
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|
|
|
1 − |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
4x0 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
47
Аналогично строится матрица перехода T от нового { e } базиса к старому {e }
e1 = x0 =((x −x0)+x0)0 e2 = x1 = ((x −x0)+x0)1 e3 =x2 =((x −x0)+x0)2 e4 = x3 =((x −x0)+x0)3 e5 =x4 =((x −x0)+x0)4
=+ 1 e1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
2 |
x |
3 |
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
=+ x0 e1 + 1 e2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
±1 ±x0 |
x0 |
0 |
x0 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
0 |
1 2x0 3x |
2 |
3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4x0 |
|
||||
=+ x2 |
e |
1 |
+ |
2x |
0 |
e |
2 |
+ 1 e |
|
|
|
|
xT |
= |
|
0 |
0 |
1 3x |
0 |
6x2 |
|
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
||||
=+ x3 |
e |
1 |
+ |
3x2 |
e |
2 |
+ |
3x |
0 |
e |
+ |
1 e |
4 |
x |
|
|
0 |
0 |
0 1 4x0 |
|
|||||
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|||||
=+ x4 |
e |
|
+ |
4x3 |
e |
|
+ |
6x2 |
e +4x |
|
e |
|
+1 e x |
|
|
|
|||||||||
1 |
2 |
0 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
3 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверка равенства T T =T T = I проводится непосредственно.
№ 8.2.
Разлагая произвольный вектор a En по старому { e } и новому { e } |
базису и учитывая |
||||||||||
связь между ними |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
n |
n |
n |
n |
n |
|
)ei |
n |
|
|
n |
a = ∑x j e j |
= ∑x j (∑τi j ei ) |
= ∑( |
∑τi j x j |
= ∑xi ei |
|
xi = ∑τi j x j |
|||||
|
j=1 |
j=1 |
i =1 |
i=1 j=1 |
|
|
i =1 |
|
|
j 1 |
|
|
|
|
|
= |
|||||||
|
n |
n |
n |
n |
n |
|
|
n |
|
n |
|
|
|
)e j |
|
|
|||||||
a |
= ∑xi ei |
= ∑xi (∑τ j i e j ) |
= ∑( |
∑τ j i xi |
= ∑x j e j |
|
x j = ∑τ j i xi |
||||
|
i =1 |
i=1 |
j=1 |
j=1 i =1 |
|
|
j=1 |
|
|
i=1 |
|
получим связь между координатами вектора |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
x =T v x , |
x =T x =T −1x |
|
|
|
|||
В пространстве Pn |
(остановимся для простоты на случае n =5 ) рассматриваются базисы |
||||||||||
{e } ={x 0 , x1, x2 , x3 , x4 }, |
{e}={(x −x0 )0 , (x −x0 )1, (x −x0 )2 , (x −x0 )3 , (x −x0 )4 } |
||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pn |
p(x) =a 0 +a1 x + a 2 x2 + a3 x3 + a 4 x4 = |
|
|
|
|
|
|
=a 0 +a1 ((x −x0 ) +x0 ) + a 2 ((x −x0 )+x 0 )2 + a3 ((x −x0 ) +x0 )3 + a 4 ((x −x0 ) +x0 )4 =
=a 0 + a1 ((x −x0 ) + x0 )
+a 2 ((x −x0 )2 + 2(x −x0 )x0 + x20 ) +
+a3 ((x −x0 )3 + 3(x −x0 )2 x0 + 3(x −x0 ) x20 + x30 ) +
+a 4 ((x −x0 )4 +4(x −x0 )3 x0 +6(x −x0 )2 x20 +4(x −x0 )x30 +x40 )=
= (a 0 + a1 x0 + a 2 x20 + a3x30 + a 4 x40 )(x −x0 )0 +
+(a1 + 2a 2 x0 + 3a3 x20 + 4a 4 x30 )(x −x0 )1 +
+(a 2 +3a3 x0 + 6a 4 x20 )(x −x0 )2 +
+(a3 + 4a 4 x0 )(x −x0 )3 +
+a 4 (x −x0 )4 =
=a0 + a1 (x −x0 ) + a2 (x −x0 )2 + a3 (x −x0 )3 + a4 (x −x0 )4
48
|
a0 |
|
|
a |
|
{e} |
1 |
|
p→ a |
, |
|
|
2 |
|
a |
||
|
3 |
|
|
a |
|
|
4 |
|
\\
a0 |
|
a0 +a1x0 + |
||
|
a |
|
|
a + |
{e} |
1 |
|
|
1 |
p→ a |
|
= |
|
|
|
2 |
|
|
|
a |
|
|||
|
3 |
|
|
|
|
a4 |
|
|
a2 x02 + a3x03 + a4 x04 |
|
1 |
|||
2a2 x0 +3a3 x02 + 4a4 x03 |
|
|
0 |
||
|
|
||||
a |
+ 3a x |
+6a x2 |
|
= 0 |
|
2 |
3 0 |
4 0 |
|
|
0 |
|
a3 +4a4 x0 |
|
|
||
|
|
a |
|
|
0 |
|
|
4 |
|
|
|
\\ |
\\ |
x |
x2 |
|
x3 |
x04 |
a0 |
||
0 |
0 |
|
0 |
4x03 |
a1 |
|
|
1 ±2x |
± |
2 |
|||||
0 |
0 |
|
3x0 |
6x2 |
|
a |
|
1 ±3x |
|
|
|||||
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
2 |
|
|
1 ±4x0 |
|
a3 |
|
|||
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
\\ |
|
|
|
|
\\ |
|
x x = |
T x |
= |
T |
x |
Аналогично,
Pn p(x) = a0 + a1 (x − x0 ) + a2 (x − x0 )2 + a3 (x − x0 )3 + a4 (x − x0 )4 =
=a0 + a1 (x − x0 ) +
+a2 (x2 − 2x x0 + x02 )+
+ a |
(x3 |
− 3x2 x + 3x x2 |
− x3 )+ |
|
|
||
3 |
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
+ a |
(x4 − 4x3x |
+ 6x2 x2 |
− 4x x3 |
+ x4 ) = |
|
|
|
4 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
= (a0 − a1 x0 + a2 x02 − a3 x03 + a4 x04 )x0 +
+ (a1 − 2a2 x0 + 3a3 x02 − 4a4 x03 )x1 +
+(a2 − 3a3 x0 + 6a4 x02 )x2 +
+(a3 − 4a4 x0 )x3 +
+a4 x4 =
= a0 + a1x + a2 x2 + a3 x3 + a4 x4
|
a0 |
|
|
a |
|
{e} |
1 |
|
p→ a |
, |
|
|
2 |
|
a |
||
|
3 |
|
|
a |
|
|
4 |
|
\\
a0 |
|
a0 −a1x0 + |
|||
|
a |
|
|
a |
− |
{e} |
1 |
|
|
1 |
|
p→ a |
|
= |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
a |
|
|
|||
|
3 |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
a2 x02 − a3 x03 + a4 x04 |
+1 −x |
x2 |
−x3 |
x04 |
||||||
2a2 x0 +3a3 x02 −4a4 x03 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
−4x03 |
|
||
0 |
1 |
−2x0 |
3x2 |
|||||||
a − |
3a x + |
6a x2 |
|
|
|
0 |
|
0 |
6x2 |
|
|
= 0 |
1 −3x |
|
|||||||
2 |
3 0 |
4 0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
a3 −4a4 x0 |
|
|
1 −4x0 |
|
|||||
|
|
a |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
a0 a1
a2 a3
a4
\\ |
\\ |
\\ |
\\ |
x x = |
T x |
= |
T |
x |
49
№ 8.3.
|
|
{e} |
|
→Ax = y |
|
A a = b |
|
Ax = y = T y = T A x = T A T vx A = T A T = T A T −1 |
|
|
{e } |
|
|
→ A x = y |
В пространстве Pn (остановимся для простоты на случае n =5 ) рассматриваются базисы
{e } ={x 0 , x1, x2 , x3 , x4 }, |
|
{e}={(x −x0 )0 , (x −x0 )1, (x −x0 )2 , (x −x0 )3 , (x −x0 )4 } |
||||||||||||||||||
Тогда |
|
{→e} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
d |
|
(a + a x + a x2 |
+ a x3 |
+ a x4)= |
|
|
|
|
|
|||||||
|
d |
|
dx |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Dp = |
|
|
|
|
0 1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
p(x) |
= |
|
{e} |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
d |
|
(a0 + a1 (x − x0) + a2 (x − x0) |
2 |
+ a3 |
(x − x0) |
3 |
+ a4 (x − x0) |
4 |
)= |
||||||||||
|
|
|
|
|
→ |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
||
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
== a1 + 2a2 x + 3a3x2 + 4a4 x3 =
= a1 + 2a2 (x − x0) + 3a3 (x − x0)2 + 4a4 (x − x0)3 =
== a1 + 2a2 x + 3a3x2 + 4a4 x3
=(a1 −2a2 x0 +3a3x02 −4a4 x03) + (2a2 −6a3x0 +12a4 x02)x + (3a3 −12a4 x0)x2 + 4a4 x3
0 0 0 |
a |
|
1 a |
a −2a x |
|
+3a x2 |
− 4a x3 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
−x |
3 |
|
x4 |
1 a |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
2 0 |
|
|
3 0 |
4 0 |
|
+1−x |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||
2 0 0 |
|
|
|
a2 |
|
|
|
2a2 −6a3x0 |
2 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
|
|
3 |
|
a2 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
0 1−2x |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a1 |
|
|
2 |
= |
|
|
+12a4 x0 |
|
= |
3x2 −4x0 |
|
|
2 |
= |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3a |
−12a x |
0 0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
0 3 0 a |
|
3 a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1−3x |
6x |
|
|
3 a |
|
|
|
||||||||||||||
|
a |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
4 |
|
|
3 |
|
|
||||||||
0 0 4 |
|
4 |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4a |
|
|
0 0 |
|
0 |
|
1−4x |
|
a |
|
|
|
|||||||||||||||||
0 0 0 |
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
0 0 |
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|||||||||||
a4 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|||||||||||||||||||
\\ |
|
\\ |
|
|
|
\\ |
|
= |
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
||||
D |
|
x = |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
T y |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1 −x0 |
|
x02 −x03 |
|
|
x04 |
0 1 0 0 0 |
a0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
−2x |
3x |
2 |
− |
4x |
3 |
0 0 2 0 0 |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
= |
0 |
|
0 |
|
|
1 − |
0 |
|
|
0 |
0 0 0 +3 0 |
1 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3x |
|
6x2 |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
1 −4x |
|
|
0 0 0 0 4 |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
|
0 0 0 0 0 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
a4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 −x0 |
x02 −x03 |
|
|
x04 |
0 1 0 0 0 |
|
|
1 |
|
x0 |
x02 |
x03 |
|
|
x04 a0 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
−2x |
3x |
2 |
− |
4x |
3 |
0 0 2 0 0 |
|
|
0 1 |
2x |
|
3x |
2 |
|
4x |
3 |
|
a |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
0 |
|
0 |
|
|
1 − |
|
0 |
|
6x |
0 |
0 0 0 3 0 |
0 0 |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
1 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3x |
|
2 |
|
|
|
1 3x |
|
6x |
2 |
|
|
a |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
1 −4x |
|
|
0 0 0 0 4 |
|
|
0 0 0 |
|
1 4x |
|
a |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
0 |
|
0 0 0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
0 0 0 0 1 |
a4 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
|
|||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
T = T −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
D =T D T −1
50