22931

Теорема про базисний мінор та її наслідки

Доклад

Математика и математический анализ

Нехай мінор Δr порядку r є базисним мінором ненульової матриці. Тоді рядки матриці на яких будується мінор Δr лінійно незалежі; всі інші рядки матриці лінійно виражаються через них. Не втрачаючи загальності міркувань можна вважати що базисний мінор будується на перетині перших r рядків і r стовпчиків матриці . Можна вважати що a11 інакше для того щоб це виконалось можна переставити перші r рядків матриці A і при цьому умови теореми не змінюються.

Украинкский

2013-08-04

87 KB

0 чел.

Теорема про  базисний мінор та її наслідки.

    Теорема (про базисний мінор). Нехай мінор Δr  порядку r є базисним мінором ненульової матриці.

.  Тоді

     

  1.  рядки матриці, на яких будується мінор Δr  лінійно незалежі;
  2.  всі інші рядки матриці лінійно виражаються через них.

Доведення. Не втрачаючи загальності міркувань можна вважати, що базисний мінор будується на перетині перших r рядків і r стовпчиків матриці .

Отже,



Всі мінори, оточуючі для  Δr дорівнюють нулю.

Доведення теореми проведемо методом, який можна назвати методом тріангуляції.

    Серед елементів першого стовпчика визначника  Δr  існує ненульовий елемент (інакше Δr = 0). Можна вважати, що  a11 (інакше для того, щоб це виконалось, можна переставити перші  r рядків матриці A і при цьому умови теореми не змінюються). Виконаємо наступні перетворення матриці.

Від другого рядка віднімемо перший рядок, домножений на число .  Далі від третього рядка віднімемо перший, домножений на . Продовжуючи цей процес, нарешті від m- го  рядка віднімемо перший, домножений на . Оскільки перший рядок матриці є рядком  мінора Δr а тому і рядком всіх його оточуючих мінорів, то перетворення не змінюють величини цих визначників, а тому умови теореми зберігаються. Після перетворень одержуємо матрицю:

Її базисний мінор

 

     Розглянемо елементи    ці елементи одночасно не можуть бути рівними 0 (інакше Δr=0). Можна вважати, що   (інакше можна переставити рядки матриці,  зберігаючи умови теореми). Застосовуючи міркування, що описуються вище, можна виконати перетворення матриці таким чином, щоб всі елементи другого стовпчика нижче елемента   були рівними 0. При цьому одержується матриця, базисний мінор якої знаходиться на перетині перших r рядків і r стовпчиків; умови теореми зберігаються .

Виконавши r кроків подібних перетворень отримаємо матрицю

Для матриці С виконуються  умови теореми . Її базисний мінор.

.

Покажемо ,що всі рядки матриці C з номерами r+1,r+2,…,m  нульові. Для цього беремо ir+1, jr+1, і доведемо, що cij=0. Для мінора Δr складаємо оточуючий мінор дописуючи  i- й рядок та j- й стовпчик :

.

 Мінор Δr базисний , тому,  за означенням, оточуючий мінор дорівнює 0.

 Δ=c11c22…crrcij=0

Але c11c22…crr= Δr ≠0, звідси cij=0

Нехай тепер r+1≤im. В матриці C i-й рядок нульовий. Але i- й рядок матриці C одержується відніманням від i- го рядка матриці A лінійної комбінації рядків з номерами 1,2,…,r. Це означає, що i- й рядок матриці A лінійно  виражається через перші  r рядків і друге твердження теореми доведено.

   Доведемо перше твердження. Припустимо, що в матриці  рядки з номерами 1,2,…,r  лінійно залежні. Це означає, що один з цих рядків, наприклад k- й лінійно виражається через інші. Звідти випливає що k-й рядок визначника Δr  є лінійною комбінацією інших рядків визначника. Але тоді за  властивостями визначників,    Δr = 0 що суперечать умові теореми. Теорему доведено.

Наслідок1. Ранг нульової матриці за мінорами дорівнює порядку її базисного мінора.

Доведення . Нехай дана ненульова матриця  порядку mxm


Позначимо Ії вектор – рядки як a1,a2,…,am.  Припустимо для визначеності ,що базисний мінор матриці Δr  будується на перших  r  рядках .

За теоремою, рядки a1,a2,…,ar лінійно незалежні, решта рядків лінійно виражаються через них. Нехай Δ - мінор порядку k причому k>r. Мінор Δ будується на рядках ai1,ai2,…,aik. Тоді всі вектори-рядки ai1,ai2,…,aik  системи лінійно виражаються через вектор-рядки  a1,a2,…,ar.

Оскільки kr за лемою про дві системи, вектори ai1,ai2,…,aik  лінійно залежні. Тому принаймні один з них лінійно виражається через інші. Таким чином, один з рядків визначника   лінійно виражається  через інші. Це означає що  = 0. Отже одержуємо, що всі мінори матриці A, порядок яких більше  r,  дорівнюють нулю. При цьому Δr≠0, як базисний мінор. За означенням, ранг матриці A за мінорами дорівнює порядку визначника  Δr, тобто r.

Наслідок 2. Визначник   порядку n дорівнює нулю тоді і тільки тоді, коли його рядки (стовпчики) лінійно залежні.

Доведення. Нехай.


Доведемо твердження для рядків.

Припустимо спочатку, що рядки  визначника Δ лінійно залежні. Тоді принаймні один з них лінійно виражається через інші. Згідно з властивостями  визначників , це означає ,  що Δ=0.

Припустимо тепер, що Δ=0і доведемо лінійну залежність рядків визначника. Зрозуміло, якщо всі елементи визначника дорівнюють нулю, то всі його рядки нульові, а тому і лінійно залежні. Тому нехай у визначнику є ненульові елементи і позначимо через A матрицю визначника Δ, через  Δr -  базисний мінор матриці A. Оскільки Δ=0, мінор Δr не співпадає з визначником Δ, а тому його порядок r менше порядку n визначника Δ. За теоремою рядки, на яких будується мінор Δr,  лінійно незалежні, решта рядків лінійно виражається через них. Оскільки nr, у визначнику Δ існує принаймні один рядок, якого немає серед рядків мінора Δr  . Цей рядок лінійно виражається  через рядки мінора Δr. Отже,  у випадку Δ один рядок лінійно виражається через інші, тобто рядки лінійно залежні.

     Для доведення твердження для стовпчиків перейдемо до транспонованого визначника. При цьому стовпчики визначника Δ перетворюються на рядки транспонованого визначника, а величина визначника не змінюється. Отже, достатньо скористатись доведеним твердженням для транспонованого визначника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45123. My profession 23 KB
  Graduates from different law school can work at the Bar, in the organs of the Prosecutor’s Office, in different court, in notary office, in legal advice offices, in organs of militia, as well as in different firms, etc
45124. Innovations in our life 13.74 KB
  A lot of scientists have made some very surprising predictions about the future. They say that in the next fifty years the way we live will change beyond our wildest dreams. Here are some of their predictions which have already come true. In 1932, an English, Aldous Huxley wrote that you will go to the feelies, where we not only will see pictures, but also feel and smell them
45125. Which predictions about the future most worry you and surprise you? 14.65 KB
  They sy tht in the next fifty yers the wy we live will chnge beyond our wildest drems. So scientists believe tht if we cn tlk to nimls we wont to et them. I worry tht lborsving devices nd the resulting sedentry lifestyle could well led to n epidemic in obesity. growth in online shopping nd homeworking my men tht our city centres become deserted wstelnds.
45126. Would you say that you are computer-literate? What do you use the computer for? 14.8 KB
  I need computer so much becuse my work stnds in close reltion to computer. I work s trnsltor with my sister nd her husbnd. I trnslte correct shpe texts little rticles or documents with the help of online dictionries for exmple BBY Lingvo online or other becuse my work to expect from the stff or specil knowledge which I hvent. When I hve problems with my work I cll my sister with the help of the Skype.
45127. Explain to someone who doesn’t know how to work on a computer how to write a document for a university? 14.53 KB
  Soon youll see menu or icons on the monitor screen. If you hve printer you cn print the informtion displyed on the screen. CDROMs cn be used to produce imges on the computer screen. The user cn move round the progrmme by clicking on different prts of the screen with mouse.
45128. What do you do on the Net? What are your favorite websites? 15.06 KB
  I cfn spend lot of free time surfing the Internet nd get ll sorts of informtion from it. You cn enter the cht the Internet nd get ll sorts of informtion from it. I cn enter the cht room with other Internet users nd debte urgent problems on line.
45129. The Internet 13.99 KB
  The Internet is sves time nd money. The Internet hs both dvntges nd disdvntges. However using the Internet in the best wy is problem which depends on the ttitude of ech people I think tht in our society nowdys so mny people tke dvntge of the Internet even to do bd things.
45130. About Myself 14.65 KB
  When I ws pupil my fvorite subjects ws History nd Society becuse I hd wnted to become lwyer. My fvorite supervisors re Jmes Cmeron Gy Richy Peter Jckson nd Leonid Gidi. My fvorite footbll tems re Mnchester United nd CSK. I like reding; my fvorite writers re Jorge Orwell for his â1984â Ioghn Wolfgng Gete for âFustâ nd Plto for âStteâ.
45131. Barristers and Solicitors 18.78 KB
  The solicitor deals with 1)petty crimes, some 2)matrimonial matters in magistrate courts. He 3)prepares the case and the evidence, may 4)represent his client in the lower courts. He has limited rights of audience. There in civil action solicitor can speak in the county court, when the case is about divorce or recovering some depts. 5)They act as an intermediary between their clients and barristers