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: 189

Скачиваний: 0

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

230

ДОПОЛНЕНИЯ

Требуется выяснить, сколько среди его корней а^, а а, о 3веществен­

ных. Как известно, их может быть 3 или 1 (см. упражнение 1). Здесь (ср. ниже упражнение 4)

 

 

+ а2 +

а 3 = 4,

 

о^аз + а 3а 3 + а 3а 4 = 7

 

 

ata2a3 — — 1.

Поэтому

ньютоновы суммы

этих корней таковы:

s0 = 3 ,

^ = 4, s2 = а? + а2 + а з =

= («1 +

а2 + а3)2 — 2 (ахоа + ага3 +

а3а1) = 1 6 — 14=2 .

Так как

 

 

 

 

DgsQ— 3, D,

S0 S1

3 4 = -1 0 ,

 

 

S1 S2

4 2

то вычислять дальнейшие суммы s3, s4 и минор D% здесь не нужно. В самом деле, уже

V (1. -Do, Dx) = V (1, 3, - 10) = 1,

т. е. (теоремы Д . 1.1 и 8.1) у многочлена Р3 (X) есть пара комплекс­ но-сопряженных корней и, стало быть, лишь один вещественный корень.

4. Пусть нужно выяснить, имеются ли у эрмитово-симметриче кого многочлена

(?4 (Я.) = X4 — ЫХ3—ц- X3 + 5iX + 1

корни, лежащие на единичной окружности. Обозначим его корни

«!,

аа, а 3,

а 4.

Их

ньютоновы

суммы:

 

 

 

 

so =

4, Si =

5f,

s2 =

а2 + *1 + а* +

я2 = .

 

 

 

 

= К

+ а2+

а3+ э4)* -

2 (ахаа +

 

 

+

а2а 3 +

а2а4 +

а3а4) =

 

 

 

 

 

 

 

 

33 \

лг

33

17

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ) =

— 2 5 +

2

2

Поэтому

 

 

 

 

 

4

—5i =

 

 

 

 

 

(£> _,= 1),'

Оо =

4, D,

 

16 — 25 =

— 9,

 

 

 

 

 

—5t

-17/2

 

5/

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dз ■=

 

 

4

—5i

=

~

(81 - 1 - 2 5 +

34 |*) =

0

 

 

-1 7 /2

5/

4

 

 

 

 

 

 

 

(вычислено по формуле Сильвестра (2.6)).


I. Теорем ы б о р х а р д т а - й кобй и гё р г л о т ц а - м. к р е й н а

231

Минор D z (а стало быть, и сумму $3) можно не вычислять,

так

 

з

 

как по

правилу (16.6) сигнатура формы 2 sp- q^p% Равна

 

з

Р, 9 = 0

 

 

 

< 5 = 2

siSn А - А ) =

 

v=*0

 

 

= sign (1 -4) + sign [4-(— 9)] + sig n [(— 9)-0] + sign [O-Ds] = 0.

Стало быть (теорема Д.1.2), у многочлена Qi (к) нет корней на еди­

ничной окружности.

Однако, если нужно выяснить, одна (кратная) или две (различ­ ные) зеркальные относительно единичной окружности пары корней имеются у этого многочлена, то необходимо знать и минор D3, т. е.

вычислить и сумму ss.

формулами Ньютона, упоминавши­

Воспользуемся для этого

мися уже в подстрочном примечании на стр. 224 (их вывод см.,

например, [10], § 125).

 

стенени п записать в виде

Если произвольный многочлен / (к)

/ (\) = к” - М "-1 +

М "-3 -

... + ( - 1)п /„,

то для ньютоновых сумм sk его корней имеют место рекуррентные соотношения:

% — /iSft-i + ftfk- г — —

+

(—

1)л к/is = 0 (/с =

1, 2, . . . ,

п — 1)

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sn+ls

/isn+k-i "Ь^2 sn+k-t

 

•••

"Ь (

fnsk ~

®

(к = 0,

1, 2, ...).

В

частности, при п =

4

из

этих

формул

получаем

 

 

si — /и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S2 = /\ -

2/2,

 

 

 

 

 

 

 

s3 = f\ — 3/ х/ 4 + 3/а,

 

 

 

 

 

S4 = f{ -

4/J/, +

4/j/g

+ 2/1 -

4/4

 

(заметим, что второй из этих формул мы уже дважды пользовались — в этом и предыдущем упражнениях).

Возвращаясь к многочлену Qt {к), имеем

= (503“ 3(5i) ( - • ? ■ ) + 3 (“ 5г) =

495 65i = — 125г + —^— i — 15г = — .


232

ДОПОЛНЕНИЯ

Стало быть (вычисления — снова по формуле (2.6)),

 

1 СЛ

17

4

ч

 

1

 

 

5i

4

— 5i

Ds =

 

 

17

4

— 2

 

 

65

17

 

— 4 1 — 2

5l

 

_

J_

 

-------9

65

_17

2

4

17

65

5i " 2

4

 

17

4 — 5г — 2

 

5i

— 5г

289

325

(16 — 25)

(— 25 + 34)2 —

 

= ~45~(81 —81) = °-

Таким образом, форма (Д. 1.6) в данном случае вырождена, и

для ее ранга р имеем: 2 ^

р < 3. Но поскольку сигнатура а ( = 0)

четна, то р =

2, т. е.

л =

v =

1, и по теореме Д.1.2 многочлен

Qi (X) имеет (v = 1)

одну (двукратную) пару корней, зеркальных

относительно

окружности

] X |=

1.

5. Сколько различных вещественных корней и различных пар

комплексно-сопряженных корней у многочлена

 

Pi (X) =

X4 +

4Х3 +

2Х2 + 12Х + 45?

 

 

Ответ. Один (двойной) вещественный

 

 

корень и одна пара сопряженных корней.

У к а з а

ни е .

Воспользоваться формулами Ньютона.

6. Сколько различных корней на единичной окружности и раз­

личных зеркальных относительно

нее пар

корней у многочлена

4iX4 + (10 — Юг) Xs — 25Х2

+ (10 +

Юг) X — 4/ = 0?

Ответ. Две пары (различные), зер­

кальные относительно

единичной окружности.

7. Формулы (Д. 1.3), поскольку * = 0, 1, 2, ... , позволя строить помимо гапкелевой формы (Д.1.4) порядка п ( = степени многочлена Рп (X)), аналогичные формы любого порядка. Доказать, что все эти формы

 

т —1

 

лт-i (х>х) =

2

(« = л- п + 1------)

.

),А:=0

 


Г. ТЕОРЕМЫ БОРХАРДТА -

ЯКОБИ И ГЕРГЛОТЦЛ -

М.

КРЕЙНА

233

имеют один и тот же ранг

р и одну и ту же сигнатуру о,

т. е.

р =

= р +

— числу (всех) различных корней мпогочлена

Рп (X), а

а — р — числу его

различных

вещественных

теорией.

 

 

У к а з а н и е .

При любом т =

п, и. -(-

1, ...

можно повторить

все рассуждения

из

доказательства теоремы Д . 1.1.

 

 

 

8. Сформулировать и доказать аналог результата из упражне­

ния 7

для форм (Д.1.6) (с заменой в них п па т — п, п + 1,

...).

9.

Индексом

Коши

R

(X)

вещественной

рациональной

функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛW

 

апХп -f- ахХ

1 +

. . . + an_i^ +

я

 

 

 

 

 

 

ъах + ъгх

 

------Tfc

V -L b

 

 

 

 

 

 

 

+ . . . + b ^X + ьт

 

 

на интервале (а, (3)

называется разность между числом разрывов

R (к) с переходом от — оо к + м

и числом ее разрывов с переходом

от + оо к — оо при изменении аргумента X от а до р (а <( X <С Р).

Доказать, что для рациональной функции

 

 

 

 

 

 

 

 

Л(Я-) =

?n(V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Рп (X)

— вещественный многочлен (Д. 1.1),

а

 

(X) — его

про­

изводная,

R

(X) — о,

где а — сигнатура

формы (Д.1.4).

 

У к а з а н и е .

Использовать теорему

Д.1.1.

 

 

 

З а м е ч а н и е .

Результат, сформулированный в упражнени

9, есть частный случай более общей теоремы:

 

 

 

 

Пусть

R (z) — рациональная функция

и

 

 

 

 

 

 

 

т

+

. . . +

S_ 2Z +

z- l

SO

Si

••■ (m ^ 0)

R (z) = 5_m_ 1Z

+ ~Y~ +

"JF +

ее разложение в ряд (сходящийся вне любого круга с центром в точке 0 и содержащего все полюсы Л (z) [9]). Последовательность s0,

sv s2, ... определяет бесконечную ганкелеву матрицу

ПОО S3+k

конечного ранга р (см. упражнение 10 к § 11). Тогда сигнатуры всех ганкелевых форм

п- I

нп_г{х,х)^ 2 *j+№ J,1-=о

совпадают, и если их обозначить через а, то

/±£Д (*) = о.

Эта теорема была доказана Эрмитом [48] для случая, когда все полюсы R (z) простые [9], и в общем случае — Гурвнцем [49]. Другое доказательство приведено в [41 (гл. XVI, § И , теорема 9). Там же (гл. X V I, § 12) см. применение этого результата к известной проб» леме Рауса — Гурвица.

9 и . С. Иохвидов


234 ДОПОЛНЕНИЯ

И. Функционалы © и © и некоторые их применения

1. Пусть задан фиксированный

набор

^ 0> s l> ®2» ■ • •i ®m

(®)

вещественных чисел. Определим с его помощью линей­ ный функционал © в пространстве (вообще говоря, ком­ плексных) многочленов

W = А 0 + Ajk + . . . -\- АтХ"1

степени не выше т формулой

® {^ т } = По^о + -<4А + •••+ Amsт .

Подобным же образом с помощью фиксированного набора

с0 ( = со), с1г с2, ■ ■ ст (с)

комплексных чисел задается в пространстве тригонометри­ ческих многочленов

Tm(z)= S

Akz*

(z =

e«)

К=—m

 

 

 

 

порядка не выше т линейный

функционал ©:

 

 

VI

 

 

 

Ъ{Тт} =

2

A*ckt

 

 

где

 

k = — т

 

 

 

 

 

 

 

 

с-к = с,,

(А = 1, 2, . .

т).

В частности, когда

Тт {eil}

вещественный триго­

нометрический многочлен, т. е. А~ь — A h

(к — 0, 1, . . .

. . ., т), значение © {?\п} функционала

6

на этом много­

члене есть вещественное число.

 

 

 

В наших дальнейших рассмотрениях будут фигу­

рировать функционалы

©

и S,

порожденные наборами

(в) и (с), составленными из коэффициентов веществен­ ных ганкелевых и эрмитовых тедлицевых форм соот­ ветственно.