Вопрос 3. Определитель квадратной матрицы. В вопросе рассматривается одна из характеристик матрицы - числовая. Все свойства определителя (числовые характеристики) матрицы рассматриваются для того, чтобы это число стало возможным находить. Введение понятия определителя матрицы позволяет расширить возможности теории решения систем линейных уравнении и другие приложения теории матриц. Итак, введем определение определителя матрицы и рассмотрим его свойства. Пусть дана квадратная матрица А=(aij)n n, где аij Î R Для введения определения матрицы обратимся к некоторым вопросам теории подстановок. Подстановка t = 1 2 … n называется взаимно-однозначное t (1) t (2) …t (n) отображение множества М={1,2,...,n} на себя. Множество всех подстановок обозначается Sn, |Sn|=n! Подстановки характеризуются своей четностью и нечетностью, которые вводятся через инверсию: -если у подстановки четное число инверсии, то она четная; -если-нечетное число инверсий, то она нечетная. Для обозначения четности подстановки используется символ sgn(t ) -знак подстановки. Зафиксируем ряд необходимых утверждений:1) t = E (единичная)-четная; 2) sgn (t --1 ) = sgn t ; 3) одна транспозиция меняет четность подстановки. Опр.1.Определителем квадратной матрицы называется число, равное сумме n! слагаемых, каждое из которых есть произведение n элементов матрицы, взятых ровно по одному из каждой строки и каждого столбца матрицы со знаком sgn (t ) где t -подстановка из индексов элементов произведения ,т.е. |A|=å sgn(t )a1t (1) a2t (2) …ant (n) , A=(aij)n*n приняты также обозначения для определителя: def A, Δ. Теорема 2. Определитель матрицы обладает рядом свойств, среди которых следующие: 1° . |A|=|At|,где Аt -трансионированная; 2° . Определитель матрицы с нулевой строкой равен нулю; 3° . Определитель матрицы с двумя пропорциональными строками равен нулю. 4° . Определитель матрицы с двумя равными строками равен нулю. 5° . Перестановка двух строк(столбцов) матрицы изменяет знак определителя. 6° . Если к одной строке матрицы прибавить другую,уменьшенную на число, не изменяет ее определитель. 7° . Если i-строка (столбец) матрицы имеет вид i(a1+...ak b1+...bk c1+....ck),то определитель такой матрицы равен сумме K-определителей,каждый из которых в i-строке имеет соответственно ее слагаемые, а остальные элементы совпадают с элементами матрицы. 8° . Если строку (столбец) матрицы умножить на число x, то определитель матрицы умножится на это число. и другие. Для решения проблемы вычисления определителя матрицы вводятся понятия минора элемента aij (Mij) и его алгебраического дополнения (Aij) . Минором Mij элемента aij матрицы называется определитель матрицы, полученный вычеркиванием i-строки и j-столбца. Алгебраическим дополнением Aij элемента aij называется число (-1)i+j Мij Имеет место теорема о разложении по элементам строки (столбца). Теорема 3 . |A|= a1jA1j +a2jA2j +....+anjAnj или |A|=ai1Ai1 +ai2Ai2 +...+ain Ain . Доказательство разобьем на три случая: Cлучай 1. a11…a1n |A|= a21…a2n = ann Mnn ……… 0……ann Воспользуемся для доказательства определением определителя |A|=å sgn(t )a1t (1) a2 t (2)…a n-1,t (n-1) a nt (n) Так как в n-ой строке все элементы кроме ann нули, то все слагаемые в определителе кроме ann равны нулю. Тогда определитель такой матрицы равен: sgn(t ) a1t (1) a 2 t (2)....a n-1,t (n-1) a n n =a n n ( sgn(t ’) a 1t (1) a 2 t (2) ...a n-1,t (n-1)),где t = 1 2 ... n-1 n t ’ = 1 2 ... n-1 t (1) t (2) ... t (n-1) t (n) , t (1) t (2) ... t (n) , т.к t = 1 2 ... n-1 n = 1 2 .... n t (1) t (2) ... t (n-1) t (n ) t (1) t (2) ... t (n) ,то sgn (t ) =sgn(t ’). Мы видим, что в скобках определитель порядка (n-1),полученного вычеркиванием n-ой строки и n-ого столбца. Поэтому |A|=annMnn, что и требовалось доказать. Случай 2. a 11 ... a 1j .. a 1n |A|= ................................. = a ij A ij 0 ... a ij ... 0 .................................. a n1 ... a nj ... a nn Для доказательства воспользуемся свойством перестановки строк и столбцов матрицы, получим: A11 ... a1j ... a1n a11 .. a1j ..a1n a11 .. a1n .. a1j A = ....................... = n-i .................... = n-i n-j .................... = 0 .. aij ... 0 an1 .. anj ..ann an1 .. ann ..anj an1 .. anj ... ann 0 .. aij .. 0 0 .. 0 .. aij = 2n- Mij*aij= i+jaijMij=aijAij Случай 3. |A|=a1iA1i +a2iA2i +....+aniAni. A11 .. a1j .. ann ... a1j+0+..+0 ... .. a1j .. .. 0 .. ... 0 A21 .. a2j .. a2n ... 0 +a2j+..+0 .. .. 0 .. .. a2j .. ... 0 A = ..................... = ......................... = ......... + .......... +..+ ....... = an1 .. anj .. ann ... 0+0+..+anj ... .. 0 .. .. 0 .. ...anj = a1jA1j+a2jA2j+..+anjAnj Рассмотренная теорема позволяет вычислить определитель матрицы любого порядка .Теория определителей имеет приложительное значение, то есть используется в качестве средства для решения вопрос в математике. В частности, она лежит в основе решения систем линейных уравнений как одного из способов. Возможность использования теории определителей для решения систем зафиксированы теоремой Крамера. Теорема 4. (Крамера). Если |A| не равен нулю, то система å aijxj=bi, где i=1,n; j=1,n имеет единственное решение, которое находится по формуле: xi= , где = A , D xi-определитель матриц, полученных из А заменой i-столбца столбцом свободных членов. Пусть (1) å aijxj=bj, i=j=1,n, |A| ¹ 0. Запишем систему (1) в виде матричного уравнения (2): AX=b, где А-основная матрица системы, . X1 b1 X= X2 , b = b2 .. .. xn bn Если |A| ¹ 0® $ А-1 Þ А-1АХ=А-1b Þ X=A-1 b. Известна теорема утверждающая, что A-1 = A* , где A* -присоединенная матрица к матрице A, она состоит из алгебраических дополнений элементов, расположенных в столбцах. Тогда: A11 A21 .. An1 b1 b1A11+b2A22+..+bnAn1 X= A* b = A12 A22 .. An2 b2 = b1A12+b2A22+..+bnAn2 = ........................ ... ................................... A1n A2n .. Ann bn b1A1n+b2A2n+..+bnAnn x1 = x2 , ...... xn что и позволит получить формулу: Xi= , где = A , i=1,n Вопрос 4. Бинарные отношения. Математика как наука отражает мир взаимодействующих простых и сложных объектов (вещей, явлений, процессов). Абстрагируясь от реальности, математика рассматривает унарные, бинарные и другие отношения. В вопросе требуется рассмотреть бинарные отношения, их свойства и особо обратить внимание на отношение эквивалентности, заданного на одном множестве. Рассмотрим прямое произведение двух множеств. A*B={a,b}, aÎ A, bÎ B}. Мы имеем множество упорядоченных пар. Есть смысл рассматривать его подмножество, которое и носит название “бинарное отношение”. Опр.1 Бинарным отношением, заданным на множестве А, называется подмножество прямого произведения А*А. В силу своей природы, бинарные отношения являются множеством упорядоченных пар элементов из А. Обозначения: W={ ( a,b) /,a,bÎ A} ; aWb, a,bÎ A; ( a,b) Î W,где a,bÎ A Например, бинарные отношения являются: 1. "^ "на множестве прямых. 2. "=" на множестве чисел. 3. " @ " изоморфизм на множестве алгебр. 4. " ~ " эквивалентность систем и др. Бинарные отношения могут обладать свойствами: 1) рефлексивность: " aÎ A, aWa; 2) симметричность: " a,bÎ A, aWbÞ bWa; 3) транзитивность: " a,b,c Î A,aWb и bWcÞ aWc 4) связность: " a,b
Алгеброй называется упорядоченная пара множеств <A,V> Группой называется алгебра <G, o > Подмножество К группы <G, * > называется подгруппой, если оно само является группой <K, * >
| Алгеброй называется упорядоченное множество двух множеств <A,U> |
| > |
1. < K, +>
| Алгеброй называется упорядоченное множество двух множеств <A,U> |
Пусть a – алгебраический элемент степени n > < K, +>Обозначим множество всех многочленов с коэффициентами из кольца K через K[x] и рассмотрим алгебру <K[x], +, ´ > Теорема 6. Алгебра многочленов <K[x], +, ´ > f(x)=(-an)xn+...+(-a1)x+(-a0)=-f(x) – называют противоположным многочленом для многочлена f(x), он выполняет роль противоположного элемента в алгебре. Так как все аксиомы кольца выполняются, то <K[x],+,´ > рассмотрим f(x)=a1x+a0, degf(x)=1. Предположим, что f(x) – приводим. Тогда по определению приводимого многочлена f(x)=f1(x)f2(x), где degf1(x)>0, degf2(x)>Пусть deg f(x)>1, тогда по основной теореме алгебры он обладает корнем. Пусть таким корнем будет х=а. По следствию из теоремы Безу: f(x)=(x-a)f1(x). Так как deg(x-a)=1, degf(x)>1, deg(x-a)f1(x)=deg(x-a)+degf1(x), то degf(x)>
Пусть a - алгебраический элемент над P, а Р(a ) – простое алгебраическое расширение P, пусть степень a равна n>
Любое n Î N , n > (7) Пусть n Î N , n > Пусть дано натурально n, если оно простое, то это и есть его разложение. Если n составное, тогда n = вс, где в,с Î N и меньше n. По предположению индукции разложение их на простые множители существует, поэтому оно существует и для n. На основании принципа математической индукции, можно утверждать истенность теоремы для любого n Î N , n >
Пусть n Î N имеет делители, отличные от 1. Обозначим тот делитель, который будет наименьшим среди всех делителей. Пусть это натуральное число к, т.е. n = к . m; к, m Î N , к > |