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
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 |
|
|
|
|
Dg— sQ— 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 |
5г |
4 |
— 2 |
|
|
65 |
17 |
|
— 4 1 — 2 |
5l |
|
|
_ |
J_ |
|
-------9 |
65
_17
—2
—5г
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 + |
2д — 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
@т 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.