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: 174
Скачиваний: 0
160 |
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАТРИЦ |
[ГЛ. IV |
Итак, пусть известна (г, к, ^-характеристика теплицевой матрицы
с_г ■ • •ст • • •°-п+1
Г г -1
Гп-1-- |
, (17-9) |
Са
•С„
сп—1 |
Со |
где а = п — к, %— — 7г + |
/.П о определению (г, к, ^-харак |
теристики (см. п. 14.1) в наборе последовательных главных миноров
£>_! (= 1), |
= |
det I ср_9 ||р^=0 |
(v = 1, 2, |
. . ., п) |
имеем П,.-! ф 0, |
а |
= 0 (v )> г). |
|
|
Рассмотрим теперь последовательные миноры (отсчи |
||||
тываемые от правого верхнего угла матрицы Тп_х) |
|
|||
|
°~п+р С-71+р-1 |
с-п+ 1 |
|
|
Е-1 ( = 1)> -®p-i |
с-7г+р+1 с-71+р |
с-п +2 (Р = |
1,2,...,П), |
|
|
С-тг+2р-1 С-п+2р-2 |
С-71+Р |
(17.10) |
|
|
|
|
|
|
введенные в п. 15.2. |
Как было показано в предложении 1° |
|||
из § 15, |
|
|
|
|
2?Г+М1 ¥= 0, Яр_х = 0 (р > |
г + /). |
(17.11) |
Заметим теперь, что после перестановки столбцов матри цы Тп-г в обратном порядке, т. е. при преобразовании
§ 17] |
ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК |
161 |
|
миноры |
матрицы |
(р = 0, 1, . . |
п) совпадают |
(с точностью до знаков) с соответствующими последова тельными главными минорами ганкелевой матрицы IiU
(см. (17.1)). |
Но тогда из формул (17.11) |
следует (см. опре |
|
деление в |
п. 10.1), что у ганкелевой |
матрицы Н,Li в |
|
(г1, /«^-характеристике составляющая |
г1 |
равна |
|
|
г1 = г -|- I. |
|
(17.12) |
Для определения второй |
составляющей к1 остается заме |
|||
тить, что ранг р матрицы |
Нп-г, очевидно, тот |
же, что и у |
||
матрицы |
а потому, |
|
согласно теоремам |
11.1 и 15.1, |
р = г1 + к 1 — г + к -|- Z,
т. е. (см. (17.12))
fci = к.
Таким образом установлено предложение
1°. Если теплицева матрица Тп-Хс характеристикой (г, k, I) связана с ганкелевой матрицей 77,lt_г преобразова нием
|
|
H U = |
Tn-xJn |
(17.13) |
(см. (17.5)), |
то |
(г1, к1)-характеристика |
матрицы IiU |
|
вычисляется |
по |
правилу: |
|
|
|
|
г1 = г 4- |
Z, /с1 = /с. |
(17.14) |
Совершенно аналогично (с использованием предложе ния 2° из § 15 вместо предложения 1° нз того же парагра фа) доказывается предложение
2°. Если теплицева матрица Тп_1 с характеристикой (г, k, I) связана с ганкелевой матрицей Пп-i преобразо
ванием |
|
Нп—\ = |
JnTn-i |
(17.15) |
|||
|
|
||||||
(см. (17.5)), |
то (г", к” )-характеристика матрицы H U |
||||||
вычисляется |
по правилу |
|
|
|
|
||
|
|
гы |
= |
г + |
/с, |
кГ = I. |
(17.16) |
Поскольку к ;> |
0, |
/ > |
0, |
то |
из предложений 1° и 2° |
||
вытекает |
|
|
При |
преобразованиях |
(17.13) и |
||
С л е д с т в и е . |
|
||||||
(17.15) всегда г"4 |
г и г1> |
г соответственно. |
|
6 И. С. Иохвидов
162 |
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАТРИЦ |
[ГЛ. IV |
17.3. Для решения обратной задали, т. е. вычислени характеристик теплицевых матриц, получающихся из ганкелевой матрицы Нп„х с заданной (г, /^-харак теристикой преобразованиями вида (17.7), нам при дется привлечь дополнительные средства. В самом деле, уже простейшие примеры показывают, что (г, /^-харак теристика ганкелевой матрицы Я п_х сама по себе, вообще говоря, не определяет (г1, к1, /^-характеристики (соответ ственно (?'м, /с1-1, /^-характеристики) преобразованной, т. е.
теплицевой матрицы Th_x = Hn-xJn (соответственно
T Z - i = J n H n - г ) -
П р и м е р .
|
|
0 1 |
0 |
|
|
|
|
Но, = |
1 |
0 |
0 |
г = 2, к = |
0 (р = г + к = 2); |
(* = |
3) |
0 0 |
0 |
|
|
|
0 1 |
0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Т\ = 0 0 1 |
Н = 0, /с1 = О, И = 2 |
||||
|
|
0 0 |
0 |
|
(р = г1 + к1 + Z1 = 2). |
|
|
|
0 1 |
1 |
|
|
|
|
я 2 = |
1 |
1 |
1 |
г = 2, к = |
0 (р = г + /с — 2); |
(» = |
3) |
1 |
1 |
1 |
|
|
111 0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
Т\ = Г 1 1 |
ri = l, /ст = 0, /1 = 1 |
||||
|
|
1 1 1 |
|
(р = г т + /с1 + Z1 = 2). |
Таким образом, ганкелевы матрицы Нг и Й2 (обе порядка п = 3 и ранга р = 2) с о д и н а к о в ы м и (г, к)- х а- р а к т е р и с т и к а м и (2, 0) переходят в теплицевы
матрицы Т\жТ\ с различными характеристиками (0, 0, 2) и (1, 0, 1) соответственно.
Рассмотрев Т2 = (Т^)* и 7^ = |
получим снова |
||
теплицевы матрицы |
с |
р а з л и ч н ы м и |
х а р а к т е |
р и с т и к а м и (0, |
2, |
0) и (1, 1, 0) соответственно. |
|
Здесь проявляется |
качественное различие между ха |
рактеристиками ганкелевых и теплицевых матриц, опре-
§ 17] |
ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК |
163 |
деленными в главах II и III соответственно. В самом деле, (г, к, /^характеристика теплицевой матрицы Тп_х вскры вает «динамику поведения» ее элементов при продвижении в двух направлениях: вдоль главной диагонали (состав ляющая г) и вдоль побочной диагонали (составляющие /с и /). В то же время обе составляющие (г, /^-характери стики гаикелевой матрицы Нп-г рассказывают о «динамике поведения» ее элементов при движении лишь в одном нап равлении: вдоль главной диагонали.
Указанный недостаток нетрудно устранить. Наряду (и по аналогии) с компонентой г'*) в (г, /^-характеристике ганкелевой матрицы Нп_г введем еще одну неотрицатель ную целочисленную константу rlt определяемую следую щим образом. Рассмотрим у ганкелевой матрицы
*о |
S1 |
sn -p |
|
sn-2 |
Sn-1 |
*1 |
S2 |
S7l-p+l |
|
sri-i |
Sn |
sp -l |
sv |
Sn-1 |
• |
®n+p-s |
- 2 |
|
|
|
®n+p |
||
Sn-1 |
Sn |
S2n-p-l |
|
S2n-3 |
S2H-2 |
уже знакомые нам (ср. такое же рассмотрение для теплицевых матриц в п. 15.2, а также (17.10)) последователь ные миноры порядка р:
|
|
sn -p |
. . . |
Sn-2 |
®n-l |
F4 |
III >■* |
Sn-P+1 |
• * • |
Sn-1 |
(17.17) |
f-1* I |
|
|
|||
|
|
Sn - 1 |
. . . |
Sn+p-3 |
Sll+p-2 |
{р = 1 ,2 ,... ,п),
расположенные вдоль побочной диагонали, начиная с верх него правого угла матрицы. Константу гх теперь естествен но (ср. (10.2)) определить соотношениями
En-i Ф 0, Ер = 0 (р > г,). |
(17.18) |
* ) Н а п о м н и м , ч т о н а р о л ь к о н с т а н т ы г в п е р в ы е о б р а т и л в н и м а
н и е е щ е Ф р о б е п и у с [ 4 4 ] ( с р . п о д с т р о ч н о е п р и м е ч а н и е н а с т р . 7 9 ) .
6*
164 |
|
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ |
МАТРИЦ |
1гл. IV |
||||
Имеем |
|
О |
< |
^ |
< |
р , |
|
|
|
|
|
|
|||||
где р — ранг матрицы IIn-i- |
|
ганкелеву матрицу Н п^х |
||||||
Если теперь преобразовать |
||||||||
в тешшцеву |
Т}х_х = Нп_х/п, |
т. |
е. |
переставить |
столбцы |
|||
Н п~х в обратном порядке, то увидим, что число |
есть со |
|||||||
ставляющая г1 |
в (г1, к1, /^-характеристике матрицы Tn-i- |
|||||||
Далее (см. |
(17.8)), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
— |
Т 1 |
Г |
|
|
|
|
|
1 1 7 1 -1 |
|
■‘ 7 1 - 1 « 'п » |
|
|
|
|
откуда к = |
к1(предложение 1°). А так как |
|
||||||
г + к = (р = ) И + кк + V- = |
+ к + 1\ |
|||||||
то |
|
Р = г — гг *). |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Совершенно аналогично можно рассмотреть у ганкелевой матрицы Нп-х (введенные в и. 15.2 для теплицевых матриц) последовательные миноры, «берущие начало» в левом нижнем углу матрицы:
sn -p |
Sn-J>+1 |
• |
• ■ |
sn -l |
Sn -p +1 |
яп-ртЪ |
■ • ■ |
sn |
|
5П-1 |
•$ |
. |
„ |
sn+p- 2 |
n |
|
|
которые в данном случае, в силу симметрии ганкелевых матриц относительно главной диагонали, совпадают с со ответствующими
Fp-X= Ер_х (р = 0, 1, 2, . . ., п).
Но после перестановки строк матрицы Нп-х в обратном порядке, т. е. при переходе к теплицевой матрице
* ) И з э т о й ф о р м у л ы в ы т е к а е т , в ч а с т н о с т и , ч т о г п (и б о I 1 ^
^ 0 ) . В п р о ч е м ( е с л и у ч е с т ь , ч т о /ч = г 1) , э т о т ф а к т у ж е б ы л о т м е ч е н в ы ш е в с л е д с т в и и и з п р е д л о ж е н и й 1° и 2 ° ( н а п о м н и м л и ш ь , ч т о в д а н
н о м с л у ч а е о б о з н а ч е н и я г и г 1 п о м е н я л и с ь р о л я м и ) .