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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 >

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

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

= 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 ) .