25.3

Ортогональные матрицы (25.45-25.58)

[14/100%]
Показать
LaTeX
Задача 25.45

Какие из следующих матриц являются ортогональными:

?
(1)

A32\mathbf{A}_{32}. A32=[13310]\mathbf{A}_{32} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 3 \\ 3 & 10 \end{smallmatrix}\right].

(2)

A22\mathbf{A}_{22}. A22=[0110]\mathbf{A}_{22} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(3)

A16\mathbf{A}_{16}. A16=[1−111]\mathbf{A}_{16} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & -1 \\ 1 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(4)

A15\mathbf{A}_{15}. A15=[−1001]\mathbf{A}_{15} = \left[\begin{smallmatrix} -1 & 0 \\ 0 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(5)

A20\mathbf{A}_{20}. A20=[0−110]\mathbf{A}_{20} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(6)

A64\mathbf{A}_{64}. A64=[3/101/101/10−3/10]\mathbf{A}_{64} = \left[\begin{smallmatrix} 3/\sqrt{10} & 1/\sqrt{10} \\ 1/\sqrt{10} & -3/\sqrt{10} \end{smallmatrix}\right].

(7)

A243\mathbf{A}_{243}. A243=[100001010]\mathbf{A}_{243} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(8)

A253\mathbf{A}_{253}. A253=[011−10−1−110]\mathbf{A}_{253} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 1 \\ -1 & 0 & -1 \\ -1 & 1 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(9)

A255\mathbf{A}_{255}. A255=[010−1030−30]\mathbf{A}_{255} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 0 \\ -1 & 0 & 3 \\ 0 & -3 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(10)

A329\mathbf{A}_{329}. A329=[1/21/61/31/2−1/6−1/302/6−1/3]\mathbf{A}_{329} = \left[\begin{smallmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{6} & 1/\sqrt{3} \\ 1/\sqrt{2} & -1/\sqrt{6} & -1/\sqrt{3} \\ 0 & 2/\sqrt{6} & -1/\sqrt{3} \end{smallmatrix}\right].

(11)

A330\mathbf{A}_{330}. A330=[1/3−1/31/31/(3−3)1/(3+3)−1/31/(3+3)1/(3−3)1/3]\mathbf{A}_{330} = \left[\begin{smallmatrix} 1/\sqrt{3} & -1/\sqrt{3} & 1/\sqrt{3} \\ 1/(3 - \sqrt{3}) & 1/(3 + \sqrt{3}) & -1/\sqrt{3} \\ 1/(3 + \sqrt{3}) & 1/(3 - \sqrt{3}) & 1/\sqrt{3} \end{smallmatrix}\right].

(12)

A432\mathbf{A}_{432}. A432=[0−1001000000−10010]\mathbf{A}_{432} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & -1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(13)

A433\mathbf{A}_{433}. A433=[1−21001−21001−20001]\mathbf{A}_{433} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & -2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & -2 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & -2 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(14)

A445\mathbf{A}_{445}. A445=[1/101/21/22/102/101/2−1/2−1/101/10−1/2−1/22/102/10−1/21/2−1/10]\mathbf{A}_{445} = \left[\begin{smallmatrix} 1/\sqrt{10} & 1/2 & 1/2 & 2/\sqrt{10} \\ 2/\sqrt{10} & 1/2 & -1/2 & -1/\sqrt{10} \\ 1/\sqrt{10} & -1/2 & -1/2 & 2/\sqrt{10} \\ 2/\sqrt{10} & -1/2 & 1/2 & -1/\sqrt{10} \end{smallmatrix}\right].

(15)

A436\mathbf{A}_{436}. A436=[1111101100100011]\mathbf{A}_{436} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 1 \end{smallmatrix}\right].

Задача 25.46

Останется ли ортогональная матрица ортогональной если:

?
(1)

переставить ее строки

(2)

переставить ее столбцы

(3)

написать элементы строк, имеющих нечетные номера, в обратном порядке

(4)

транспонировать

(5)

повернуть вокруг побочной диагонали

(6)

умножить одну из строк на число

(7)

прибавить одну из строк к другой.

Задача 25.47

Пусть AA и BB — ортогональные матрицы одного порядка. Являются ли ортогональными матрицы:

?
(1)

A+BA + B

(2)

ABAB

(3)

ABTAB^{T}

(4)

αA\alpha A

(5)

Ak,kA^{k}, \quad k целое.

Задача 25.48

Найти все такие пары ортогональных матриц второго порядка, сумма которых — ортогональная матрица.

?
Задача 25.49

При каком условии для ортогональной матрицы AA найдется число α≠0\alpha \neq 0 такое, что матрица A+αEA + \alpha E также является ортогональной? Существуют ли такие матрицы, отличные от EE и −E- E, для n=2,3,4n = 2, 3, 4?

?
Задача 25.50

Может ли ортогональная матрица четвертого порядка содержать строку:

?
(1)

[1010]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 0 & 1 & 0\end{smallmatrix}\right]

(2)

[1212012]?\left[\begin{smallmatrix} \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & 0 & \frac{1}{\sqrt{2}} \end{smallmatrix}\right]?

Задача 25.51

Дана строка длины nn, сумма квадратов элементов которой равна 1. Существует ли ортогональная матрица порядка nn с такой строкой?

?
Задача 25.52

Найти все ортогональные матрицы, имеющие первую строку [12121212]\left[\begin{smallmatrix} \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{smallmatrix}\right].

?
Задача 25.53
?
(1)

Могут ли все элементы ортогональной матрицы быть положительными?

(2)

Доказать, что ортогональная матрица, все элементы которой неотрицательны, получается из единичной матрицы перестановкой столбцов.

Задача 25.54

Найти все ортогональные матрицы, являющиеся верхними треугольными.

?
Задача 25.55

При каком условии подматрица ортогональной матрицы также будет ортогональной?

?
Задача 25.56

Допустим, что все элементы ортогональной матрицы порядка nn равны между собой по абсолютной величине. Чему равна абсолютная величина элемента?

?
Задача 25.57

Доказать, что ортогональные матрицы, описанные в задаче 25. 56, существуют, если n=2k,kn = 2^{k}, k — натуральное число.

?
Задача 25.58
?
(1)

Даны два ортонормированных базиса e1,…,ene_{1}, \ldots , e_{n} и f1,…,fnf_{1}, \ldots , f_{n}. Доказать, что матрица из скалярных произведений (ei,fj)\left(e_{i}, f_{j}\right) — ортогональная.

(2)

Даны две ортонормированные системы по k<nk < n векторов в nn-мерном евклидовом пространстве. При каком условии ортогональна матрица из попарных скалярных произведений векторов этих систем?