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: 178

Скачиваний: 0

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

§ 181 ОБРАЩЕНИЕ ТЕПЛИЦЕВЫХ И ГАНКЕЛЕВЫХ МАТРИЦ 179

имеем

 

 

 

 

П-1

 

 

 

п—1

ej0 2

fy-ic dko 2

fy-k'X'k

^0

2 Cj-кУк-п

k=0

k=0

 

k=0

n

 

 

 

 

— 2 ^i~kx k cj-nxn x0

xtl. 2 ^j—кУк-п 4 ~ x0 хп^]—пУо—

k=o

 

 

k=a

 

= Й,'n

X n X n & in =

Й11

 

 

JJ0

•b0 x nujn —

u70

 

 

(/ = О, 1, .. . , n — 1).

Аналогично (с привлечением

еще формул

(18.15))

по­

лучаем

n—1

 

 

n —1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n-i —

2

ci-k

n-i — 2

ci-k (У-n+k+i

y^nxk+i)

 

 

 

ft=o

 

 

Jc=o

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

== 2

-с}+1-кУк-п

xo У-п 2

ci+i-kxk ~

 

 

 

 

 

k=l

 

 

 

k=l

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 2 ^J+l-кУк—п

 

x o У-п 2 Cf+i—k^t4~Д'О У-ПС]+ 0

 

 

k = 0

 

 

 

 

k=0

 

 

 

 

 

fij+l,n —

У-n^j+l, о —

n -i

( / — 0, 1) . .

П

1).

Для завершения доказательства теоремы осталось по­

казать,

что

матрица

1 ejk ll£"k=0 теплицева.

Но из (18.14),

(18.15)

и (18.13) следует,

что

 

 

 

 

 

 

71—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e j k ~

2 c j ~ s ^ s k = =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s=0

n —1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cj d-ok

4" 2

cJ-e [^s-l, k-l +

Ж01 (х аУ-к У-п+$хп-к)]

=

 

 

 

 

8=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71—2

 

 

 

 

n—1

 

 

 

 

2 C i - 1 ~ S d S l f t _ l 4 “ C j d g h + X g У - К 2 C j - s X s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s= l

 

П—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xo Xn—k 2

У^-п 1

 

71— 1

 

 

 

 

 

 

 

S=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

 

d a , k-l

C j ^ n d n - 1 , k-l 4 “ c j

4 “

 

 

 

8=0



180

 

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАТРИЦ

 

1ГЛ. IV

 

 

 

 

 

71 —1

 

 

П—1

 

 

 

 

-|

0 //-k 2

Cj-s^s

*0 %п-к 2

^j-sl/s-n

 

n—1

 

 

 

S=1

 

 

 

S=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

2

O'—1-s

. fc- 1

Cj-n (%п—к

^0 £пУ-к) “Ь

 

 

s=0

 

 

 

 

 

n—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О (11- к

Я'о У

“ Ь

*0 У~к 2

0 - s^s

 

 

 

 

71—1

 

 

 

s= l

П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л'оЗ'и-k 2

O-sJ/s-n =

0 -1, fc-1

"I- %0 У—к 2

O-s-O

 

 

 

s=0

 

 

 

 

 

s= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

.r0 J'n-li 2

Cj—SJ/s-71 7

откуда в силу (18.1) и (18.2)

 

 

 

s=0

 

 

 

 

 

tjk

=

O

- i . f t

- i

к =O ', 1 ,

2. .,. ,

re

— 1 ) .

Теорема доказана.

 

 

 

 

 

п р о и з в о л ь ­

18.4.

Переходя к задаче обращения

н о й теплидевой матрицы

Тп, заметим, что если

a priori

известна ее

обратимость (|Тп |Ф 0),

то системы уравне­

ний (18.1) и (18.2) заведомо однозначно разрешимы, и

единственное ограничение,

налагаемое теоремой 18.1 для

построения по их решениям обратной матрицы Т^1, сводится к условию х0 =?= 0 или, что то же самое (см. (18.6)),

0.

Однако теорема 18.2 дает возможность обойти последнее

ограничение, т. е. строить матрицу

Тй1 даже и в том слу­

чае, когда |r n_! |=

0.

 

 

С этой целью рассмотрим матрицу

 

 

со

с-1

с-п

5

С1

со

С-71+1

с-п

с«

СП-1

С0

с-1

СП+1

 

со

где сп+1 — некоторое фиксированное число, а £ — ком­ плексный параметр.


5 18] ОБРАЩЕНИЕ ТЕПЛИЦЕВЫХ И ГАНКЕЛЕВЫХ МАТРИЦ 181

1°. Если матрица Тобратима, то обратима и мат­ рица Тп+1 (Q для всех значений 'Q, за исключением-, быть может, одного.

Фактически это предложение уже было установлено в главе III при доказательстве теоремы 13.1. В самом деле, если увеличить на единицу порядки всех рассматриваемых там матриц и определителей, то в исправленных таким образом обозначениях (13.4) уравнение |Тп+1 (£) 1 = О перепишется при |Тп_х |=f= 0 (ср. (13.5)) в виде

 

 

 

в ( с „ +1)Ь(£) -

I Тп\* = О,

 

 

где а (£) и Ъ{Q — линейные функции с коэффициентом

при £,

равным |Тп \(ф 0) у каждой. Отсюда следует, что

уравнение

|Тп+1 (£)

|= 0 имеет

не

более

одного корня

£ — до­

 

 

|=

0, то функции а (£) и b (£) сводятся

вели же |Тп_!

к отличным от нуля постоянным а (0)

и Ь(0), а уравнение

1 Тп+1 (0 1

=

0 принимает вид (ср.

(13.6))

 

 

 

 

 

Ь(0) сп+1 + а (0) £ -j- С —■ 0,

 

 

где С — некоторая постоянная, т. е. на этот раз (посколь­

ку а (0) Ф 0)

оно имеет в точности один корень.

быть мо­

Таким образом,

для всех 0 за исключением,

жет, одного, матрица Тп+1 (0

обратима и зщовлетворяет

всем условиям теоремы 18.2

(поскольку |Тп |Ф 0). Но

тогда матрица Тп может быть обращена по правилу, уста­

новленному в этой теореме.

 

 

 

 

 

18.5.

С помощью теоремы 18.1 можно указать и другой

прием для обращения тешшцевых матриц.

 

 

Т е о р е м а 18.3

( Г о х б е р г а

и К р у п н и к а ) .

Если

тпеплицева

матрица

Тп — |ср_q ||£, q=0

такова,

что каждая из систем

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

 

{р =

0, 1, . .

га),

(18.16)

 

 

2

Cp-q%q — 6Р0

 

 

л

 

 

(р =

0, 1,- . .,га)

(18.17)

 

 

 

 

 

4=0


182 ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАТРИЦ СГЛ. 1Y

разрешима и выполняется условие хп Ф 0, то матрица Тп обратима и обратная к ней строится по формуле *)

 

Х0Хп

х Охп-1

• • •

хо

 

 

 

 

 

Тп = Хп

Х1Хп х 1хп- 1

• • •

х 1х 0

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хп

*п*п-1

• • •

ХпХ<

 

 

 

 

zo 0

 

 

0

хп

xn -l

 

 

 

 

+

 

 

 

О 0

хп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

О

 

 

О а;

 

хо 0

 

 

0

zn

zn -i

• ■

 

 

 

 

 

 

О

0

zn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О О О

 

 

О z71

>.

(18.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

О

О

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

При

п = 0

теорема

триви­

альна, поэтому

пусть

 

п >

1. Обратимость

матрицы

Тп снова докажем от

противного.

Пусть

строки

Г д =

= (сд,Сд-г,

..., Сд-п) (q

=

0,

1,

...,

п) матрицы

линейно

зависимы и m — н а и м е н ь ш и й

из номеров, для кото­

рых строка

Гт

является

линейной комбинацией

строк

Гт+ы Гт+2,

. . .,

Г„. Из существования

решений

систем

(18.16) и (18.17) следует, что ни одна из первых двух строк Г„ и 1\ не является линейной комбинацией остальных строк. Стало быть, т?г !> 2. Для этого m по условию

 

П

 

I'm =

2 арГр

 

 

р=т+1

 

ИЛИ

 

 

п

 

 

Cm-q = 2

(? =

1> •■•>^). (18.19)

P=m +i

 

 

*) Таким образом, в отличие от теоремы 18.1, здесь речь идет о восстановлении матрицы Т~г не по первому и п о с л е д н е м у ,

а по первому и в т о р о м у ее столбцам (ср. подстрочное примеча­ ние на стр. 172).