Файл: Иохвидов, И. С. Ганкелевы и теплицевы матрицы и формы. Алгебраическая теория.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 163
Скачиваний: 0
112 |
ГАНКЕЛЕВЫ МАТРИЦЫ И ФОРМЫ |
Гл. II |
п—1
рой а формы Н п^1 (х, х) — 2 si+iZfijс матрицей IIn_v выбрав в ка-
i, i—о
честве с любое целое число в отрезке [ —г, г] одинаковой четности с г -j- к. При этом в случае четного к — 2т неособенную матрицу Нг_г порядка г в п. 1) теоремы 11.8 нужно сразу выбрать так, чтобы
соответствующая ганкелева форма НТ_г (г, х) имела сигнатуру а.
При нечетном |
к = |
2т — 1 |
сигнатуру |
формы |
Нг_г (х , х) следует |
|||
брать |
равной |
сг — 1 |
(либо |
ст + |
1), |
а в |
п. 5) |
теоремы 11.8 взять |
s2(n-jn) |
s2 (n-m) (соответственно |
S2(n-m) <-' s2(n-m))• |
||||||
У к а з а н и е . |
Воспользоваться предложениями 3° и 4°. |
|||||||
8. |
Если |
в (г, ^-характеристике гапкелевой формы |
||||||
|
|
|
|
п— 1 |
|
|
|
|
|
|
|
*) = |
2 |
sM |
i |
|
|
|
|
|
|
г,J=0 |
|
|
ранга р число г < р, то замена переменных
~ ®»0’ Ф= ^i> •••>V i = ^r-lj
' Чг == %п-р |-г> Лг+ 1 = ^n-p-t-r+1 ’ •••1 'Пр—1 ~ ^ п -й
'Пр ■ %г > 'Лр+Х = ^г+1> ■ ■ • >Ч п - 1 — ^ п -р + г -1
приводит форму Я п-1 (х, х) к виду
71—1
Я п_ э > , х) = Ап_ 1 { у , у ) = 2 V W
1,1=0
Доказать, что теперь в наборе последовательных главных ми норов полученной формы минор порядка р, т. е.
d e t I K ; Hi,7io
совпадает с й н , т. е. с минором, о котором идет речь в правиле Фробениуса (теорема 12.1, см. также лемму 11.1) [4] *).
9.Убедиться, что ганкелева форма
Я5(*,* )= б * + б* + б! + 2 £о£з + у , + Мв + s2i4 + Ш -
*) Этот результат используется в [4] на стр. 310 при доказа тельстве правила Фробениуса для сведения случая г < р к разоб ранному ранее более простому случаю г = р. Однако при этом упу щен из виду тот факт, что новая форма Ап_^ (у, у) уже це является,
вообще говоря, гапкелевой (см. упражнение 9), т. о. к ней неприме нимы выводы, сделанные ранее для ганкелевых форм с г = р (ср. с подстрочным примечанием на стр. 107).
§ 12] ГАНКЕЛЕВЫ ФОРМЫ 113
при замене переменных, предложенной в упражнении 8, переходит в форму А ь (у, у), уже не являющуюся ганкелевой.
Ук а з а н и е . Воспользоваться данными примера 1.
10.Бесконечная последовательность вещественных чисел
s0, sr sv . . .
принадлежит, |
по определению, классу |
если при достаточно |
больших т О |
N ) все гапкслевы формы |
|
т—1
Нт^ (х , х) = 2
i,/=0
имеют в каноническом представлении точно х положительных квад ратов.
Если гаыкелева форма
п—1
Яп-1 (*. *) = 2 *i+№ i, J=0
ранга р имеет я положительных квадратов, то для того чтобы ко нечный набор
so> Sl> • ■ •> S1n-%
ее коэффициентов допускал продолжение до бесконечной последо
вательности |
{sfc}£L0 класса |
необходимо и достаточно, |
чтобы |
|||
Д р_1=/= 0. Если это условие выполнено, то при р < |
п. упомянутое |
|||||
продолжение определяется единственным образом, |
а при |
р = |
п |
|||
существует бесконечное множество таких продолжений. |
теоре |
|||||
У к а з а н и е . Воспользоваться в «необходимой» |
части |
|||||
мами |
11.4 и |
6.1, а в «достаточной» — теоремами |
11.5, 6.2, |
9.2 |
||
и 9.1 |
*). |
|
|
|
|
|
*) Литературные указания см. ниже в § 16, замечание к уп ражнению 8.
Г Л А В А III
ТЕПЛИЦЕВЫ МАТРИЦЫ И ФОРМЫ
§ 13. Теплицевы матрицы. Особые продолжения
13.1. |
Теплицевой матрицей порядка |
п (= 1, 2, . . .) |
|
называется |
матрица вида |
|
|
|
Тл—1 |
Ц П -1 |
(13.1) |
|
Нр. 4=01 |
где ср (р = 0, + 1>- . •) + (re — 1)) — произвольные ком плексные числа. Более подробно:
сС-П+2 С-п+1
С! |
С0 |
С-71+3 |
С-П+2 |
сп-2 |
сп-з |
С0 |
С—1 |
Сп-1 |
С«-2 |
«1 |
С0 |
Как видно из структуры матрицы Гп_1} в отличие от ганкелевых матриц, она не является, вообще говоря, сим метрической *). Однако при выполнении условия с_р = = ср (р — 0, 1, . .., п — 1) теплицева матрица Тп-Хбудет эрмитовойи в этом случае она порождает эрмитову теплицеву форму
П—1
X)— 2
Р. 9 = 0
Изучению таких форм посвящен ниже § 16. А пока зай мемся изучением теплицевых матриц в общем случае (без предположения об эрмитовости).
13.2.Как и для ганкелевых матриц, здесь будет раз
вит уже известный читателю м е т о д п р о д о л ж е н и й .
*) Здесь равны между собой все элементы, стоящие на каждой диагонали, параллельной главной, включая и ее самое (ср. с п. 9.1).
§ 13] |
ТЕПЛИЦЕВЫ МАТРИЦЫ. ОСОБЫЕ ПРОДОЛЖЕНИЯ |
Ц 5 |
||
Продолжением теплицевой |
матрицы |
Тп называется |
||
всякая теплицева матрица |
|
|
|
|
|
^n-1+v = II cp-q lip,<7=^0 |
(v = |
2 |
|
у которой верхний левый угол («блок») совпадает с исход,
ной матрицей Тп-Х= |
| cp_q |^=0. |
|
|
|
Особым продолжением называется такое продолжение |
||||
матрицы |
и ранг которого совпадает с рангом матрицы |
|||
Тп~х. Мы будем рассматривать и |
бесконечные продолже |
|||
ния |
= I ср_д ||^?=0 |
конечных |
матриц Тп |
в том |
числе и особые бесконечные продолжения (когда таковые
существуют), понимая |
в |
этом случае ранг бесконечной |
|
матрицы в том же смысле, |
что и в § 9. |
||
Как и в § 9, займемся прежде всего продолжениями |
|||
матрицы Тп-Х «на один шаг», |
т. е. матрицами |
||
со ®-1 |
- |
с-п+1 И-П |
|
С1 |
со |
|
С-п+2 С-п+1 |
СП-1 Сп- 2
сп | сп-1
со |
с-1 |
- С1 |
С0 |
Как видим, всякое такое продолжение определяется па рой чисел (с„, c_J. Напомним, что и для гаикелевой мат рицы аналогичное продолжение требовало задания двух чисел, но расположены эти числа в продолженной мат рице были совсем по-другому — заполняли ее нижний правый угол (см. п. 9.2). Это обстоятельство, а также от сутствие в общем случае у теплицевой матрицы симметрии относительно главной диагонали несколько усложняют доказательства теорем о продолжении теплицевых мат риц, которые по формулировкам и общим схемам рассуж дений вполне аналогичны теоремам 9.1 и 9.2.
13.3 Снова введем в рассмотрение последовательные главные миноры матрицы Тп-Х:
Dk = det I cp_7g i5=0 |
(k = 0, 1,. |
. ., n — 1), |
= 1. |
|
Т е о р е м а |
13.1 |
( п е р в а я |
т е о р е м а |
о п р о |
д о л ж е н и и ) . |
Если матрица Тп-Х неособенная |
(Dn-Xф 0), то у нее имеется бесконечное множество осо бых продолжений Тп порядка п + 1.
116 |
ТЕШШЦЕВЫ МАТРИЦЫ И ФОРМЫ |
[ГЛ. III |
Д о к а з а т е л ь с т в о . Отыскание особого продол жения Тп матрицы Тп^1 сводится к решению уравнения
со |
с-1 |
С1 |
со |
Ф п (я, у ) = ) СП-2 |
• |
1 |
|
|
СО оЙ |
сп-1 |
Сп-2 |
X |
сп—1 |
•• с-п+2 |
°-п+1 |
У |
|
••• |
п+з |
с-п+2 |
с-п + 1 |
.. |
CQ |
С-1 |
= 0. (13.2) |
*.. |
сх |
С-2 |
|
С0 |
С-1 |
||
• ■ С2 |
С1 |
со |
Применяя к определителю Dn (х, у) тождество Сильвестра
вформе (2.6), имеем
(я, У) -^п-2 —
|
С1 |
С0 |
■■■ С-п+2 |
с - 1 |
... |
с_п+1 |
у |
|
|
-- п 2 |
................................. |
С 0 |
■■■ |
C-n+2 |
c-n+l |
(13.3) |
|||
сп- 1 |
сп-2 |
"• |
С0 |
................... |
|
||||
|
|
|
|||||||
|
I |
с , ^ |
... |
Сх |
СП-2 |
|
С0 |
С- 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим
О |
III |
С1 |
С0 |
.. • |
с-п + 2 |
с-1 |
••' с-п+1 |
У |
|
|
|
» |
со |
••• с-п+2 |
С-п+1 |
Сп - 1 |
Сп- 2 |
‘ • |
ь (у ) = |
|
|
|
С0 |
|
|
|
|||
X |
сп- 1 |
■■• |
С1 |
сп-2 |
’ • С0 |
°-1 |
|
|
|
|
|
|
1 (13-4) |
Ясно, что при Dn- 2 Ф 0 обе функции а (х) и Ъ(у) линей ны (с коэффициентом Лп_2 при х ж у соответственно), а при Dn-2 = 0 они не зависят от а: и у, т. е. равны пос тоянным а (0) (=f= 0) и Ъ(0) (ф 0) соответственно (напом ним, что 2?п_х 0). Поэтому при Дп_2 Ф 0 уравнение (13.2), принимающее теперь в силу (13.3) и (13.4) вид
а (х) Ъ(у) - D U = 0, |
(13.5) |
имеет бесконечное множество решений {х, у}. Если же
Dn-2 = |
0, то уравнение |
(13.2) становится |
линейным: |
( _ |
1)»+*б (0) х + ( - |
1)"+2 а (0) у + Dn (0, |
0)= 0. |
|
|
|
(13.6) |
§ 13] ТВПЛИЦЕВЫ МАТРИЦЫ. ОСОБЫЕ ПРОДОЛЖЕНИЯ |
117 |
А так как а (0) Ф 0 и Ъ(0) =j= 0, то это уравнение снова имеет бесконечное множество решений {х, у}.
Таким образом доказано, что и при Dn-2 ф 0 и в слу чае £)„_2 = 0 матрица Тп-г имеет бесконечное множество особых продолжений Тп.
З а м е ч а н и е 1. Если тпеплицева матрица Тп-\ э р м и т о в а , то в условиях теоремы 13.1 и среди осо бых продолжений Тп существует бесконечное множество эрмитовых продолжений.
В самом деле, в этом случае все миноры!)0, D1,. . ., Dn-i
вещественны. |
Положив |
в (13.3) х — £, у = |
%, получим |
|||||||||
вместо (13.3) |
соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
С1 |
со |
•" С-п+2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
С2 |
С1 |
' " |
п+з |
|
|
|
|
D n (£, £) D n - 2 — D n - l — |
|
••• С0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Сп- 1 |
сп - 2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
S |
V -1 |
•.. Cl |
|
|
|
|
|
При Dn-а Ф 0 уравнение |
Dn (£, £) = |
0 |
принимает |
поэ |
||||||||
тому вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|Wn-2 ~ |
*0 I2 = |
D U , |
|
|
|
|
(13-7) |
||||
где z0 = — а (0) (см. |
(13.4)). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Далее, из формул (13.4) видно, что в рассматриваемом |
||||||||||||
случае Ъ(£) = |
а ( Q и, |
в частности, |
|
|
|
|
|
|
||||
( _ |
1)«+2 ъ (0) = |
( - 1)"+2 а~(0) = а. |
|
|
|
|||||||
Поэтому при |
Dn-2 = |
0 |
уравнение Dn (£,, |
С) = |
0, |
равно |
||||||
сильное в этом случае (13.6), переходит в |
|
|
|
|
||||||||
+ |
а£ + |
г = |
0 |
(г = |
г = |
Dn (0, |
0)), |
(13.8) |
||||
причем а =(= 0. Поскольку уравнения (13.7) |
и (13.8) |
за |
||||||||||
дают в комплексной |
|
^-плоскости |
окружность |
радиуса |
||||||||
|Dn.-jDn.-2 I и прямую |
линию соответственно, |
наше ут |
||||||||||
верждение доказано. |
В частном случае, |
когда матрица |
||||||||||
З а м е ч а н и е |
2. |
|||||||||||
Tn-i в е щ е с т в е н н а , |
в условиях теоремы |
13.1 |
она |
|||||||||
имеет бесконечное множество в е щ е с т в е н н ы х |
осо |
|||||||||||
бых,продолжений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|