29.3

Полярное разложение (29.52-29.71)

[20/40%]
Показать
LaTeX
Задача 29.52

Почему не является полярным разложением равенСтBо

[5045]=[0110][4550]? \left[\begin{smallmatrix} 5 & 0 \\ 4 & 5\end{smallmatrix}\right] =\left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0\end{smallmatrix}\right]\left[\begin{smallmatrix} 4 & 5 \\ 5 & 0\end{smallmatrix}\right]?
?
Задача 29.53

Получить полярное разложение матрицы:

?
(1)

[1110−25]\left[\begin{smallmatrix} 11 & 10 \\ - 2 & 5\end{smallmatrix}\right]

(2)

[5043]\left[\begin{smallmatrix} 5 & 0 \\ 4 & 3\end{smallmatrix}\right],

(3)

[3−203]\left[\begin{smallmatrix} \sqrt{3} & - 2 \\ 0 & \sqrt{3}\end{smallmatrix}\right]

(4)

[7711]\left[\begin{smallmatrix} 7 & 7 \\ 1 & 1\end{smallmatrix}\right]

(5)

[004−3]\left[\begin{smallmatrix} 0 & 0 \\ 4 & - 3\end{smallmatrix}\right]

(6)

[2102]\left[\begin{smallmatrix} \sqrt{2} & 1 \\ 0 & \sqrt{2}\end{smallmatrix}\right]

Задача 29.54

В пространстве P2\mathcal{P}^{2} многочленов степени не выше 2 со стандартным скалярным произведением преобразование δ\delta сопоставляет многочлену его производную. Для полярного разложения δ\delta написать в базисе 1,t,t21, t, t^{2} матрицу QQ ортогонального и матрицу VV самосопряженного преобразования.

?
Задача 29.55

Доказать, что для произвольного линейного преобразования φ\varphi существует вторая борма полярного разложения: φ=ψθ\varphi = \psi \theta, где ψ\psi — неотрицательное самосопряженное преобразование, а θ\theta — ортогональное.

?
Задача 29.56

Доказать, что для квадратной матрицы AA найдутся такие ортогональные матрицы QQ и PP, что A=QDPA = QDP, где DD — диагональная матрица с сингулярными числами матрицы AA на диагонали.

?
Задача 29.57
?
(1)

Доказать, что каково бы ни было полярное разложение φ=θψ\varphi = \theta \psi, ортогональное преобразование θ\theta переводит собственный вектор преобразования φ∗φ\varphi^{ * } \varphi в собственный вектор φφ∗\varphi \varphi^{ * }.

(2)

Доказать, что второй сингулярный базис состоит из собственных векторов преобразования φφ∗\varphi \varphi^{ * }.

Задача 29.58

Пусть φ\varphi — невырожденное преобразование, и φ=θψ=ψ1θ1\varphi = \theta \psi = \psi_{1} \theta_{1}, где ψ,ψ1\psi , \psi_{1} неотрицательные самосопряженные, a θ,θ1\theta , \theta_{1} — ортогональные преобразования.

?
(1)

Доказать, что θ=θ1\theta = \theta_{1}

(2)

Как связаны ψ\psi и ψ1\psi_{1}?

(3)

Доказать, что собственные значения ψ\psi и ψ1\psi_{1} одинаковы, а собственные векторы, вообще говоря, различны.

Задача 29.59

Доказать, что неотрицательное самосопряженное преобразование ψ\psi в полярном разложении φ=θψ\varphi = \theta \psi определено однозначно.

?
Задача 29.60

Доказать, что для невырожденного преобразования полярное разложение единственно.

?
Задача 29.61

Доказать, что линейное преобразование является нормальным тогда и только тогда, когда перестановочны сомножители в его полярном разложении.

?
Задача 29.62

Доказать, что сингулярные числа самосопряженного преобразования равны модулям его собственных значений.

?
Задача 29.63

Найти сингулярные числа ортогональной матрицы.

?
Задача 29.64

Пусть α1,…,αn\alpha_{1}, \ldots , \alpha_{n} — сингулярные числа невырожденной матрицы AA. Найти сингулярные числа A−1A^{ - 1}.

?
Задача 29.65

Матрица умножена на число α\alpha. Как изменились ее сингулярные числа?

?
Задача 29.66

Доказать, что у преобразования φ\varphi и ему сопряженного φ∗\varphi^{ * } сингулярные числа совпадают.

?
Задача 29.67

Доказать, что сингулярные числа матриц AA и BB совпадают тогда и только тогда, когда найдутся ортогональные матрицы UU и VV такие, что B=UAVB = UAV.

?
Задача 29.68

Доказать, что для линейного преобразования φ\varphi отношение ∣φ(x)∣/∣x∣\left|\varphi (x)\right| / \left|x\right| при любом ненулевом векторе xx заключено между минимальным и максимальным сингулярным числом φ\varphi.

?
Задача 29.69

Доказать, что модули всех собственных значений преобразования φ\varphi принадлежат отрезку [αn,α1]\left[\alpha_{n}, \alpha_{1}\right], где α1\alpha_{1} и αn\alpha_{n} — его наибольшее и наименьшее сингулярные числа.

?
Задача 29.70

Доказать, что для квадратной матрицы AA произведение сингулярных чисел равно ∣det⁡A∣\left|\operatorname {det} A\right|.

?
Задача 29.71

Найти сингулярные числа следующих матриц:

?
(1)

A202\mathbf{A}_{202}. A202=[12221−22−21]\mathbf{A}_{202} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 & 2 \\ 2 & 1 & -2 \\ 2 & -2 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(2)

A239\mathbf{A}_{239}. A239=[012−10−2−220]\mathbf{A}_{239} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 2 \\ -1 & 0 & -2 \\ -2 & 2 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(3)

A213\mathbf{A}_{213}. A213=[111222333]\mathbf{A}_{213} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 2 & 2 & 2 \\ 3 & 3 & 3 \end{smallmatrix}\right].

(4)

[6−6312242−4]\left[\begin{smallmatrix} 6 & - 6 & 3 \\ 1 & 2 & 2 \\ 4 & 2 & - 4\end{smallmatrix}\right],

(5)

A646\mathbf{A}_{646}. A646=[010…0001…0⋯⋯⋯⋯⋯000…1ε00…0]\mathbf{A}_{646} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 0 & \ldots & 0 \\ 0 & 0 & 1 & \ldots & 0 \\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ 0 & 0 & 0 & \ldots & 1 \\ \varepsilon & 0 & 0 & \ldots & 0 \end{smallmatrix}\right].