30.2

Нормальные преобразования (30.13-30.24)

[12/92%]
Показать
LaTeX
Задача 30.13

Найти условие на матрицу преобразования φ\varphi в ортонормированном базисе, необходимое и достаточное для того, чтобы φ\varphi было нормальным.

?
Задача 30.14

Для нормального преобразования φ\varphi пространства U\mathcal{U} доказать, что:

?
(1)

Ker⁡φ=Ker⁡φ∗\operatorname {Ker} \varphi = \operatorname {Ker} \varphi^{ * }

(2)

Im⁡φ=Im⁡φ∗\operatorname {Im} \varphi = \operatorname {Im} \varphi^{ * }; \quad

(3)

U=Ker⁡φ⊕Im⁡φ\mathcal{U} = \operatorname {Ker} \varphi \oplus \operatorname {Im} \varphi.

Задача 30.15

Доказать, что преобразование φ\varphi нормально тогда и только тогда, когда каждый собственный вектор для φ\varphi является собственным и для φ∗\varphi^{ * }.

?
Задача 30.16

Пусть L\mathcal{L} — собственное подпространство нормального преобразования φ\varphi. Доказать, что L⊥\mathcal{L}^{\perp } инвариантно относительно φ\varphi.

?
Задача 30.17

Пусть xx и yy — собственные векторы нормального преобразования φ\varphi, принадлежащие различным собственным значениям. Доказать, что xx и yy ортогональны.

?
Задача 30.18

Пусть φ\varphi — нормальное преобразование унитарного пространства U\mathcal{U}. Доказать, что

?
(1)

U\mathcal{U} — прямая сумма попарно ортогональных собственных подпространств пребразования φ\varphi.

(2)

В U\mathcal{U} существует ортонормированный базис из собственных векторов φ\varphi.

Задача 30.19

Пусть у преобразования существует ортонормированный базис из собственных векторов. Доказать, что оно является нормальным.

?
Задача 30.20

Доказать, что произведение нормальных преобразований является нормальным, если они перестановочны. Верно ли обратное утверждение?

?
Задача 30.21

Доказать, что преобразование φ\varphi унитарного пространства является нормальным тогда и только тогда, когда для любого инвариантного подпространства L\mathcal{L} подпространство L⊥\mathcal{L}^{\perp } также инвариантно.

?
Задача 30.22

Нормальное преобразование задано в ортонормированном базисе матрицей AA. Найти матрицу SS перехода к ортонормированному базису из собственных векторов и матрицу A′A^{\prime } преобразования в этом базисе:

?
(1)

A=[2ii2]A =\left[\begin{smallmatrix} 2 & i \\ i & 2\end{smallmatrix}\right]

(2)

A=[00−30043−40]A =\left[\begin{smallmatrix} 0 & 0 & - 3 \\ 0 & 0 & 4 \\ 3 & - 4 & 0\end{smallmatrix}\right]

(3)

A=13[3−i2i02i32i02i3+i]A = \frac{1}{3}\left[\begin{smallmatrix} 3 - i & 2i & 0 \\ 2i & 3 & 2i \\ 0 & 2i & 3 + i\end{smallmatrix}\right].

Задача 30.23

Пусть преобразования φ\varphi и ψ\psi — нормальные, и φψ=o\varphi \psi = o. Следует ли отсюда, что ψφ=o\psi \varphi = o?

?
Задача 30.24

Доказать, что:

?
(1)

для любой комплексной матрицы сумма квадратов модулей всех элементов не меньше суммы квадратов модулей всех собственных значений (каждое из которых считается столько раз, какова его кратность)

(2)

для нормальной матрицы упомянутые в первом пункте суммы равны.