26.4

Объем (26.49-26.54)

[6/67%]
Показать
LaTeX
Задача 26.49

Доказать, что детерминант матрицы Грама системы векторов не меняется при ортогонализации этой системы (без нормировки векторов).

?
Задача 26.50

Найти объем параллелепипеда, построенного на заданных векторах. Координатные столбцы векторов в ортонормированном базисе составляют матрицу:

?
(1)

A617\mathbf{A}_{617} при n=4n = 4. A617=[111…11011…11………………000…11000…01]\mathbf{A}_{617} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 & 1 & \ldots & 1 & 1 \\ 0 & 1 & 1 & \ldots & 1 & 1 \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ 0 & 0 & 0 & \ldots & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & \ldots & 0 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(2)

[111111−1110−11]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \\ - 1 & 1 & 1 \\ 0 & - 1 & 1\end{smallmatrix}\right]

(3)

A395\mathbf{A}_{395}. A395=[143032010021]\mathbf{A}_{395} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 4 & 3 \\ 0 & 3 & 2 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(4)

A397\mathbf{A}_{397}. A397=[013235357340]\mathbf{A}_{397} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 3 \\ 2 & 3 & 5 \\ 3 & 5 & 7 \\ 3 & 4 & 0 \end{smallmatrix}\right].

(5)

A398\mathbf{A}_{398}. A398=[−1−1−1100010001]\mathbf{A}_{398} = \left[\begin{smallmatrix} -1 & -1 & -1 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(6)

A412\mathbf{A}_{412}. A412=[00111−5100010003]\mathbf{A}_{412} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & -5 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 3 \end{smallmatrix}\right].

(7)

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 26.51

Найти объем параллелепипеда, построенного на за — данных векторах. Координатные столбщы векторов в базисе е. составляют матрицу AA. Матрица Грама базиса ee равна Γ\Gamma:

?
(1)

A=A402,Γ=[2100121001210012]A = \mathbf{A}_{402}, \quad \Gamma =\left[\begin{smallmatrix} 2 & 1 & 0 & 0 \\ 1 & 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 2\end{smallmatrix}\right]. A402=[100100010001]\mathbf{A}_{402} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{smallmatrix}\right].

(2)

A=A404,Γ=A630A = \mathbf{A}_{404}, \quad \Gamma = \mathbf{A}_{630} при n=4n = 4. A404=[100010001−2−33],A630=[111…11121…11113…11………………111…1n]\mathbf{A}_{404} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ -2 & -3 & 3 \end{smallmatrix}\right], \mathbf{A}_{630} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 & 1 & \ldots & 1 & 1 \\ 1 & 2 & 1 & \ldots & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 3 & \ldots & 1 & 1 \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ 1 & 1 & 1 & \ldots & 1 & n \end{smallmatrix}\right].

(3)

A=A397,Γ=A424A = \mathbf{A}_{397}, \quad \Gamma = \mathbf{A}_{424}. A397=[013235357340],A424=[200−102−100−120−1002]\mathbf{A}_{397} = \left[\begin{smallmatrix} 0 & 1 & 3 \\ 2 & 3 & 5 \\ 3 & 5 & 7 \\ 3 & 4 & 0 \end{smallmatrix}\right], \mathbf{A}_{424} = \left[\begin{smallmatrix} 2 & 0 & 0 & -1 \\ 0 & 2 & -1 & 0 \\ 0 & -1 & 2 & 0 \\ -1 & 0 & 0 & 2 \end{smallmatrix}\right].

Задача 26.52

Доказать, что объем параллелепипеда, построенного на векторах f1,…,fnf_{1}, \ldots , f_{n}, не превосходит произведения длин его ребер:

V{f1,…,fn}=det⁡Γ(f1,…,fn)⩽∣f1∣2…∣fn∣2, V\left\{ f_{1}, \ldots , f_{n}\right\} = \operatorname {det} \Gamma \left(f_{1}, \ldots , f_{n}\right) \leqslant \left|f_{1}\right|^{2} \ldots \left|f_{n}\right|^{2},

и равенство имеет место тогда и только тогда, когда ребра попарно ортогональны.

?
Задача 26.53

Для квадратной матрицы AA порядка nn:

?
(1)

доказать неравенство Адамара

∣det⁡A∣2⩽∏k=1n(∑i=1n∣aik∣2) |\operatorname {det} A|^{2} \leqslant \prod _{k = 1}^{n}\left(\sum _{i = 1}^{n}\left|a_{ik}\right|^{2}\right)
(2)

выяснить условия, при которых неравенство Адамара выполнено как равенство

(3)

выписать неравенство Аламара для матрицы A18\mathbf{A}_{18}. Чем объясняется такая большая разница между правой и левой частью? A18=[1234]\mathbf{A}_{18} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{smallmatrix}\right].

Задача 26.54
?
(1)

Пусть e1,…,ene_{1}, \ldots , e_{n} — базис в евклидовом пространстве, и ek+1′′,…,en′′e_{k + 1}^{\prime \prime }, \ldots , e_{n}^{\prime \prime } — ортогональные проекции векторов ek+1,……,ene_{k + 1}, \ldots \ldots , e_{n} на ортогональное дополнение линейной оболочки e1,…,eke_{1}, \ldots , e_{k}. Доказать, что V{e1,…,en}=V{e1,…,ek}V{ek+1′′,…,en′′}V\left\{ e_{1}, \ldots , e_{n}\right\} = V\left\{ e_{1}, \ldots , e_{k}\right\} V\left\{ e_{k + 1}^{\prime \prime }, \ldots , e_{n}^{\prime \prime }\right\}.

(2)

В nn-мерном евклидовом пространстве дано подпространство L\mathcal{L} и линейно независимые векторы a1,…,apa_{1}, \ldots , a_{p}. Обозначим a1′,…,ap′a_{1}^{\prime }, \ldots , a_{p}^{\prime } ортогональные проекции этих векторов на L\mathcal{L}. Доказать, что det⁡Γ(a1,…,ap)⩾det⁡Γ(a1′,…,ap′)\operatorname {det} \Gamma \left(a_{1}, \ldots , a_{p}\right) \geqslant \operatorname {det} \Gamma \left(a_{1}^{\prime }, \ldots , a_{p}^{\prime }\right).

(3)

Доказать, что объем параллелепипеда V{f1,…,fn}V\left\{ f_{1}, \ldots , f_{n}\right\}, построенного на векторах f1,…,fnf_{1}, \ldots , f_{n}, не превосходит произведения объемов V{f1,…,fk}V\left\{ f_{1}, \ldots , f_{k}\right\} и V{fk+1,…,fn}V\left\{ f_{k + 1}, \ldots , f_{n}\right\}.