§ 4.
- matritsalar. Elementar bo‘luvchilar.
Ushbu Ma’ruza yordamchi xarakterda bo‘lib, chiziqli avtonom
sistemalarning turg‘unlik shartlarini aniqlash uchun kerak bo‘ladigan yordamchi
tushunchalarni o‘z ichiga oladi.
Elementlari qandaydir
parametrning f
ij
(
) ko‘rinishdagi ko‘pxadlaridan
iborat bo‘lgan
nn
n
n
f
f
f
f
F
1
1
11
kvadratik matritsani qaraylik. Bunday matritsalar
- matritsalar deyiladi.
k
(
) (k
1,2,3,...,n) orkali F(
) matritsaning barcha k-tartibli minorlarining
eng katta umumiy bo‘luvchisini belgilab, bosh xad oldidagi koeffitsientni
birga teng qilib tanlaymiz. Osongina ko‘rsatish mumkinki
k
(
) ko‘pxadning bu
aniqlanishidan quyidagi xulosani chiqarish mumkin: agar qandaydir k- tartibli
minor o‘zgarmas songa teng bo‘lsa, u xolda
k
k-1
...
1
1 bo‘ladi.
Chunki bu minor
k
ga bo‘linishi,
k
esa
k-1
,
k-2
,...,
1
27
larga bo‘linishi kerak.
k
1
k
k
E
k
1,2,3...n ,
0
1 (1.8)
isbot bilan aniqlanuvchi ko‘pxad F(
) matritsaning invariant ko‘paytuvchisi
deyiladi. Ravshanki,
k
(
)
E
1
(
)
E
2
(
) ... E
k
(
)
bo‘lib,
n
(
) o‘zgarmas ko‘paytuvchi aniqligida F(
) ning determinantiga teng,
ya’ni
n
(
)
det F(
)
E
1
(
) E
2
(
)
E
n
(
).
E
k
(
) invariant ko‘paytuvchini ko‘paytuvchilarga ajratamiz.
E
k
(
)
(
-
l
)
i
k1
(
-
2
)
i
k2
)))t(
t(x)),...,t
(t(x
)),t(x
)),...,t(
t(x),t(x,
t(f)t(
x
m
1
1
(
-
p
)
i
kp
bu yerda
l
,
2
,...,
p
lar detF(
)
0
tenglamaning xar xil ildizlari.
Aniqki I
kr
>0 , k
1,2,...,n; r
1,2,...,p.
Bundan tashqari, agar kI
bo‘lsa, l
kj
kj
bo‘ladi. Chunki E
k
(
) (1.8) ko‘pxad E
k
ko‘pxadga bo‘linadi. E
k
(
) ning ko‘paytuvchilari tarkibiga kiruvchi o‘zgarmas
sondan farqli bo‘lgan (
-
r
)
Ikr
ikkixad
matritsaning elementar bo‘luvchilari
deyiladi. Ularning umumiy sonini m bilan belgilab, ularni o‘zlarini
(
-
1
)
1
i
, (
-
2
)
2
i
, (
-
m
)
m
i
lar orqali belgilaymiz. Chunki
l
sonlarning ichida o‘zaro tenglari bo‘lib , (
-
i
)
Ii
binom xar xil E
k
invariant ko‘paytuvchilar tarkibiga kirishi mumkin.
Misol:
1
1
1
1
F
2
3
matritsa uchun quyidagi to‘rtta birinchi tartibli (
1)
3
, (
1)
2
,
1,
1
minorlarni tuzish mumkin bo‘lib, ularning eng katta bo‘luvchisi
1
1
bo‘ladi.
Berilgan misoldagi matritsa uchun bitta ikkinchi tartibli minor bo‘lib,
28
1
1
1
1
1
2
3
3
uning eng katta umumiy bo‘luvchisi
2
(
1)
3
bo‘ladi. (1.8) formuladan foydalanib invariant ko‘paytuvchilarni topamiz.
2
1
2
2
1
1
1
E
,
1
E
Misolda qaralayotgan matritsa uchun elementar bo‘luvchilar
1,
, (
1)
2
bo‘ladi. Bu yerda ildizlar
l
-1,
2
0,
3
4
-1
Bu ildizlar
detF(
)
0,
tenglamaning xam ildizlari bo‘ladi. Ammo
-1 tenglamaning uch karrali
ildizi bo‘lib, bir elementar bo‘luvchi uchun oddiy, boshqasi uchun ikki
karralidir.
F(
) matritsaning normal diogonal ko‘rinishi deb
n
1
1
E
0
0
0
E
0
0
0
E
matritsaga aytiladi. Bu yerda E
1
,E
2
,...,E
n
- F(
) matritsaning invariant
ko‘paytuvchilari. Masalan, yuqorida qaralgan misoldagi matritsaning normal
diogonal ko‘rinishi,
2
1
0
0
1
matritsadan iborat bo‘ladi.
- matritsalarni elementar almashtirishlar deb quyidagi operatsiyalarga
aytiladi:
a) ikkita satr yoki ikkita ustunini o‘zaro almashtirish;
b) qandaydir satri (ustuni) ning barcha elementlarini bitta noldan farqli
o‘zgarmas ko‘paytivchilarga ko‘paytirish;
29
v) qandaydir satri (ustuni) ning barcha elementlarini ko‘paytirilgan
eementlarini boshqa satr (ustun) ning mos elementlariga ko‘shish,
+uyidagilarni isbotlash mumkin:
a)
Elementar
almashtirishlar
-matritsa
elementar bo‘luvchilarni
o‘zgartirmaydi;
b) ixtiyoriy
-matritsani chekli sondagi almashtirishlar bilan normal
dioganal ko‘rinishiga keltirish mumkin.
Bu jumlalarning to‘g‘riligining isbotini keltirmay, yuqoridagi misoldagi
matritsani normal shaklga keltiramiz:
2
2
2
3
2
2
3
2
3
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Bu yerda avval birinchi satrni ikinchisi bilan , birinchi ustunni щam
ikkinchisi bilan almashtirdik. Keyin birinchi ustundan ikkinchisini ayirdik.
Nixoyat oxirida birinchi satrni
l ga ko‘paytirib ikkinchi satrdan ayirdik
§ 5. Jordon kataklari.
Umuman aytganda, ko‘p xollarda elementar almashtirishlar elementar
bo‘luvchilarni topishda ishlatiladi.
Quyidagi l
1
tartibli matritsani qaraylik.
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
J
Bunday ko‘rinishdagi matritsalar Jordon kataklari yoki elementar yashiklar
deyiladi.
Bundan foydalanib J
1
-
E-
-matritsani tuzamiz;
30
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
E
J
Bu matritsaning birinchi satr va oxirgi ustunini o‘chirib qolgan
elementlardan l
1
-1 tartibli minor tuzamiz.
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
Bu minor 1 ga teng bo‘lgani uchun
1
2
i-1
1 bo‘ladi. Ikkinchi
tomondan yagona l
1
-tartibli minor quyidagiga teng:
det(J
1
-
E)
(
1
-
)
1
i
Demak,
𝑙
1
(
-
1
)
1
i
Bu yerda
va
1
larning o‘rinlari almashtirildi, chunki
l1
ning bosh xadi
oldidagi koeffitsienti 1 ga teng bo‘lishi kerak
(1.8) formuladan foydalanib invariant ko‘paytuvchilarni topamiz:
E
1
1, E
2
1, ...,
1
i
E
1,
1
i
E
(
-
1
)
1
i
.
Bundan ko‘rinadiki, J
1
-
E matritsa faqat bitta (
-
1
)
1
i
ga teng elementlar bo‘luvchiga ega.
Endi elementlari a
kj
o‘zgarmas sonlardan iborat bo‘lgan A ixtiyoriy kvadrat
matritsani karaymiz. A-
E
- matritsani tuzamiz (u A matritsaning
xarakteristikasi deyiladi)
nn
1
n
n
1
11
a
a
a
a
E
A
31
Bu matritsaning elementar bo‘luvchilarini topamiz
(
-
1
)
1
i
, (
-
2
)
2
i
, ... , (
-
m
)
m
i
.
Bu elementar bo‘luvchilarning xar biri
k
(k
1,2,3,...,m) ildiziga o‘zining
mos J
k
Jordon katagi mos keladi. Berilgan A matritsa uchun Jordonning
normal ko‘rinishi deb, diogonaldagi elementlari Jordon kataklaridan, qolgan
elementlari nollardan iborat bo‘lgan
m
2
1
J
0
0
0
J
0
0
0
J
J
ko‘rinishdagi matritsaga aytiladi.
Ravshanki, J-
E matritsaning elementar bo‘luvchilari xarakteristik matritsa
elementar bo‘luvchilari bilan ustma ust tushadi.
Bundan tashkari,
¦A-
E¦
0
xarakteristik tenglamaning ildizlari elementar bo‘luvchilarning ildizlari bilan
ustma-ust tushadi.
Misol 1.
2
2
1
5
1
1
1
4
0
0
1
1
1
1
1
2
A
Bu matritsani Jordonning normal ko‘rinishiga keltirish uchun avval A-
E
xarakteristik matritsaning elementar bo‘luvchilarini topamiz.
2
2
1
5
1
1
1
4
0
0
1
1
1
1
1
2
E
A
32
Buning uchun elementar almashtirishlardan foydalanamiz. Birinchi satrni
-1 ga ko‘paytiramiz. Keyin oxirgi ustunni -(2
) ga ko‘paytiramiz va birinchi
ustunga qo‘shamiz; bundan keyingi oxirgi
ustunni ikkinchi va uchinchi ustunlargday ayiramiz:
2
1
1
1
2
2
0
0
1
1
1
0
0
0
E
A
2
Birinchi satr uchinsiga qo‘shamiz, keyingi birinchi satrni 2-
ga
ko‘paytirib to‘rtinchi satrdan ayiramiz; bundan keyin oxirgi ustunni birinchi
ustun o‘rniga keltiramiz:
1
1
0
2
2
0
0
1
1
0
0
0
0
1
E
A
Ikkinchi ustunni 1
ga ko‘paytirib, uchinchi ustunga qo‘shamiz
2
2
2
1
0
1
2
0
0
0
1
0
0
0
0
1
E
A
Endi ikkinchi satrni avval -2-
ga ko‘paytirib, uchinchi satrga ko‘shamiz;
keyin ikkinchi satrni -(l
)
2
ga ko‘paytirib to‘rtinchi ustunga ko‘shamiz.
Bundan keyin to‘rtinchi ustunni -(1-
) ga ko‘paytirib uchinchi ustunga
qo‘shamiz:
2
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
E
A
Uchinchi satrni to‘rtinchi satrga qo‘shamiz, keyin bu satrni -1 ga
ko‘paytirib, to‘rtinchi ustunni uchinchi ustun bilan almashtiramiz:
33
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
Nihoyat A-
E xarakteristik matritsaning normal diogonal ko‘rinishi hosil
bo‘ldi. Bundan quyidagilarni topamiz:
E
1
1, E
2
1, E
3
, E
4
(1
)
2
Demak, A-
E matritsa ildizlari
l
0,
2
0,
3
4
-1,
bo‘lgan uchta
,
, (
l)
2
elementar bo‘luvchiga ega.
Har bir elementar bo‘luvchiga o‘zining Jordon katagi mos keladi:
l
0 da l
1
1;
2
0 da l
2
0 ;
3
-1 da l
3
2
bo‘lgani uchun
J
1
[0] J
2
[0]
1
1
0
1
J
3
Endi qaralayotgan matritsa uchun Jordonning normal ko‘rinishini
quyidagicha yozamiz:
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
J
3
3
2
6
3
2
0
5
0
0
1
1
1
1
1
2
A
Avval xarakteristik matritsani tuzamiz.
34
3
3
2
6
2
2
0
5
0
0
1
1
1
1
1
2
E
A
Elementar almashtirishlar yordamida bu
matritsani quyidagi ko‘rinishdagi
normal diogonal ko‘rinishga keltiramiz:
2
2
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
E
A
Bundan invariant ko‘paytuvchilarni topamiz:
E
1
1, E
2
1, E
3
1, E
4
2
(
1)
2
Demak, A-
E matritsa ildizlari
l
2
0 ,
3
4
-1
bo‘lgan faqat ikkita
2
, (
1)
2
elementar bo‘luvchilarga ega bulib, xar bir
elementar bo‘luvchiga bittadan
1
1
0
1
J
0
1
0
0
J
2
1
Jordon kletkasa mos keladi.
Endi qaralayotgan matritsa uchun jordonning normal formasini yoza olamiz.
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
J
Bu misolardan shuni ko‘ramizki, xar ikkala misolning xarakteristik
tenglamalari bir xil ildizga ega, ammo Jordonning normal formasi xar xil.
Buning sababi shuki birinchi misolning xarakteristik matritsasi uchta elementar
bo‘luvchiga, ikkinchi misoldagi matritsa esa faqat ikkita elementar bo‘luvchiga
ega.
|