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

6219. Основы медицинской генетики. Человек как объект генетических исследований 52.5 KB
  Основы медицинской генетики. Человек как объект генетических исследований. Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей, особенности наследования нормальных и патологических признаков, влияние генетической кон...
6220. Программное обеспечение для института селекции растений 535 KB
  Аннотация В данной курсовом проекте разработано программное обеспечение для института селекции растений на языке программирования С++. Эта программа создана для хранения, ввода-вывода и обработки информации о покупках (номер покупки растения, ...
6221. Лекарственные средства неорганической природы. Классификация. Вода очищенная и вода для инъекций. Фармакопейный анализ препаратов водорода пероксида 87 KB
  Лекарственные средства неорганической природы. Классификация. Вода очищенная и вода для инъекций. Фармакопейный анализ препаратов водорода пероксида Лекарственные препараты неорганической природы составляют значительную часть ассортимента лекарствен...
6222. Генетика онтогенеза 109.5 KB
  Генетика онтогенеза 1. Общая характеристика онтогенеза (самостоятельно) 2. Генетическая детерминация онтогенеза. Генотип и среда. Поливариантность онтогенеза. Программы онтогенеза 3. Механизмы реализации программ онтогенеза 1. Общая характеристика о...
6223. Гонорея. Хламидиоз. Трихомониаз 130.5 KB
  Содержание Гонорея. Хламидиоз. Трихомониаз. Определение Этиология Тактика среднего медицинского работника при данных заболеваниях Принципы лечения Особенности ухода за пациентами Диспансеризация Профилактика...
6224. Конкуренция и монополия 66.5 KB
  Конкуренция и монополия. Цели изучения темы: уяснение сущности и функций конкуренции, умение дифференцировать различные типы рыночных структур, измерение уровня концентрации рынка, понимание природы монополий. Основные термины и понятия: конкуренция...
6225. Перевод числа из инфиксной формы в постфиксную 199 KB
  Одной из главных причин, лежащих в основе появления языков программирования высокого уровня, являются вычислительные задачи, требующие больших объёмов рутинных вычислений. Поэтому к языкам программирования предъявлялись требования максима...
6226. Решение задач на языке программирования Pascal 323 KB
  Введение Паскаль (англ. Pascal) - это язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применялся в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для р...
6227. Реализация компонента, осуществляющего перевод чисел в различные системы счисления 189.5 KB
  В курсовой работе разработан собственный компонент, осуществляющий перевод чисел в различные системы счисления. Реализация модулей, описанных при создании данного компонента, произведена в среде программирования Borland C++ Builder Содержание...