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

41671. Снятие ВАХ полупроводникового диода 100.29 KB
  Обратный ток диода значительно меньше прямого тока обратите внимание на различный масштаб измерения для прямого и обратного тока. Снимите последовательно зависимость Inp=fUnp а затем Iобр=fUo6p для диода. Полученные данные округлённые до сотых значений ампера при прямом включении и до десятых мкА при обратном включении диода занесите в таблицу 1.
41672. Определение электротехнических характеристик автомобильных кислотных аккумуляторных батарей 94.94 KB
  Характеристики АБ: 1 Марка АБ 2 Год выпуска 3 Материал моноблока 4 Материал сепараторов 5 Объем электролита л 6 Количество положительных пластин шт 7 Количество отрицательных пластин шт 8 Масса кг 9 Устанавливается на автомобиле 10 Емкость АБ Ач 11 Номинальное напряжение В 12 Максимальный разрядный ток А 13 Фирма изготовитель Характеристики АБ дать по справочной литературе для АБ. Комплект приборов и инструмента Э401 для ТО АБ обеспечивает проведение следующих операций: измерение уровня электролита в аккумуляторах ...
41673. Ознакомление со средой Autocad 2010 3.14 MB
  Интерфейс начальной настройки utoCD 2010 Ранние версии начиная с utoCD 2002 по utoCD 2008 включительно представляло интерфейс рабочего пространства в классическом виде которое представлено на рис. Рисунок 2 – Классический вид рабочего окна utoCD 2010 Предлагается рассмотреть вид классического интерфейса окна программы. 3 приведена верхняя часть окна Рисунок 3 – Строка заголовка строка меню панель быстрого вызова Рисунок 4 – Окно работы с файлом Данное окно вызывается нажатием на после чего выпадает окно представленное на...
41674. Исследование типовых звеньев 193.53 KB
  3 Контрольные вопросы: Что такое передаточная функция Что такое переходная характеристика Что такое импульсная разгонная характеристика Как параметры каждого типового звена влияют на переходные характеристики системы Назовите основные типовые динамические звенья их передаточные и переходные функции. Что такое характеристическое уравнение Что такое нули и полюса передаточной функции Как их найти Какие показатели качества САР можно определить по переходной характеристике Таблица 1.3 Контрольные вопросы: Что такое передаточная...
41675. ФАКТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 60.28 KB
  Исходные данные: Грузоподъемность автомобиля q т Время в наряде Т ч Коэффициент использования грузоподъемсти γ Коэффициент использования пробега β Время постоя под загрузкойразгрузкой t зрч Техническая скорость Vт км ч 10 8 08 09 02 45 Расчетные формулы: Расчет суточной производительности автомобиля Q в тоннах и P в тоннокилометрах производится по следующим формулам: где: Tн– время работы автомобиля в наряде; vт – средняя техническая cкорость движения автомобиля км ч; qн номинальная...
41676. Исследование однофазного трансформатора 228.47 KB
  Методическое указание Самара Самарский государственный технический университет 2008 Печатается по решению Редакционноиздательского совета СамГТУ УДК621 313 Исследование однофазного трансформатора: метод. Содержат практические рекомендации по экспериментальным методам определения основных характеристик однофазного трансформатора по обработке опытных данных и оформлению отчетов а также контрольные вопросы. Такое изменение или трансформация переменного тока...
41677. Основы работы в MS Excel 192.46 KB
  Знакомство с приложением MS Excel. Приобретение элементарных навыков работы в среде пакета. Ввод и редактирования данных. Основные принципы ввода и редактирования данных изложены во многих книгах по основам работы в MS Excel [3]. Рассмотрим работу в среде пакета на конкретном примере.
41678. Исследование источника дискретной информации 165.5 KB
  А при изпользлвании кода Хаффмена избыточность уменьшилась до 0,51%, из этого следует что избыточность при кодировании этим методом уменьшилась в 16 раз. А при использовании кода Шеннона – Фано избыточность уменьшилась всего в 5,5 раз. Исходя из полученных значений, в нашем случае эффективнее использовать методику кодирования Хаффмена.