Другие операции с матрицами и специальные виды матриц (15.66-15.130)
[65/45%]Пусть — диагональные матрицы одного порядка, — число. Доказать, что матрицы тоже диагональные и .
Пусть . Доказать, что:
столбцы матрицы получаются умножением столбцов матрицы на числа
строки матрицы получаются умножением строк на числа .
Пусть — диагональная матрица, — многочлен. Доказать, что тогда матрица также диагональна.
Пусть матрица диагональна, все ее диагональные элементы различны и . Доказать, что тогда и матрица диагональна.
Матрица перестановочна с любой диагональной матрицей порядка . Доказать, что — диагональная матрица порядка .
Матрица перестановочна со всеми матричными единицами порядка . Доказать, что — скалярная матрица.
Матрица перестановочна с любой матрицей порядка . Доказать, что — скалярная матрица.
Найти все матрицы, перестановочные с каждой невырожденной матрицей порядка .
Найти матрицу, эрмитово сопряженную данной матрице:
. .
. .
. .
. .
Проверить справедливость тождества:
.
Определить, является ли указанная матрица второго порядка диагональной, скалярной, треугольной, симметри — ческой, кососимметрической, эрмитовой, косоэрмитовой, унитарной, ортогональной или матрицей перестановки:
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
Доказать, что:
все диагональные элементы кососимметрической матрицы равны 0
диагоналыные элементы эрмитовой матрицы вещественны
диагональные элементы косоэрмитовой матрицы мнимые.
Доказать, что:
если матрица эрмитова, то матрица косоэрмитова
если матрица косоэрмитова, то эрмитова.
Найти общий вид эрмитовых матриц второго порядка.
Найти общий вид косоэрмитовых матриц второго порядка.
Указать все матрицы перестановок второго порядка.
Доказать: если матрица диагональна и все ее диагональные элементы отличны от 0, то существует и является диагональной.
Доказать: если матрица верхняя треугольная и все ее диагональные элементы отличны от 0, то существует и является верхней треугольной.
Доказать: если — невырожденная симметрическая матрица, то — также симметрическая матрица.
Доказать: если — невырожденная кососимметрическая матрица, то — также кососимметрическая матрица.
Доказать: если — ортогональная матрица, то существует и ортогональна.
Доказать: если — унитарная матрица, то существует и унитарна.
Доказать: если — матрица перестановки, то существует и также является матрицей перестановки.
Доказать, что данная матрица ортогональна и найти обратную к ней:
. .
. .
. .
. .
. .
Доказать, что данная матрица унитарна и найти обратную к ней:
. .
. .
Пусть матрицы и — верхние треугольные. Выразить элементы матрицы через элементы матриц и .
Пусть матрицы и — верхние треугольные. Доказать, что матрицы и — также верхние треугольные.
Пусть матриџы и симметрические. Доказать, что:
— симметрическая матрица
— симметрическая матрица при любом натуральном
матрица является симметрической тогда и только тогда, когда матрицы и перестановочны.
Пусть матрицы и кососимметрические. Доказать, что:
— кососимметрическая матрица
— кососимметрическая матрица при нечетном и симметрическая матрица при четном
матрица является симметрической тогда и только тогда, когда и перестановочны.
Сформулировать и доказать необходимое и достаточное условие кососимметричности произведения матриц и .
Пусть — произвольная квадратная матрица. Доказать, что матрицы и симметрические, матрица кососимметрическая.
Доказать, что любую квадратную матрицу можно разложить в сумму симметрической и кососимметрической матриц. Единственно ли это разложение?
Разложить данную матрицу в сумму симметрической и кососимметрической матриц:
. .
. .
. .
Пусть — невырожденная матрица и . Доказать, что каждое из свойств: симметричность, кососимметричность — выполняется для матриц и одновременно (т. е. если оно выполнено для матрицы , то выполнено и для , и обратно).
Доказать утверждение: всякая эрмитова вещественная матрица является симметрической.
Пусть матрицы и эрмитовы. Доказать, что:
матрица эрмитова
матрица является эрмитовой тогда и только тогда, когда матрицы и перестановочны.
Пусть — эрмитова матрица и , причем и — вещественные матрицы. Доказать, что — симметрическая матрица, а — кососимметрическая.
Доказать, что любую квадратную матрицу можно разложить в сумму эрмитовой и косоэрмитовой. Единственно ли это разложение?
Доказать: вещественная унитарная матрица ортогональна.
Доказать: если матрицы и ортогональны, то ортогональна.
Доказать: если матрицы и унитарны, то унитарна.
Пусть — ортогональная матрица. Доказать, что тогда сумма квадратов элементов любой ее строки равна 1, а сумма попарных произведений соответствующих элементов двух различных строк равна 0. Являются ли эти свойства определяющими?
Сформулировать и доказать свойства столбцов ортогональной матрицы, аналогичные 15. 104.
Сформулировать и доказать свойства унитарной матрицы, аналогичные свойствам ортогональной.
Доказать, что матрица перестановки ортогональна.
Доказать, что если и — матрицы перестановок, то — также матрица перестановки.
Известно, что матрица диагональна и ортогональна. Что можно сказать о ее диагональных элементах ?
Матрица диагональна и унитарна. Что можно сказать о ее диагональных элементах ?
Проверить, является ли данная матрица периодичной, нильпотентной или стохастической; найти период, показатель нильпотентности:
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
Проверить свойство: нильпотентная матрица всегда вырождена, периодичная — невырождена.
Проверить свойство: если — нильпотентная матрица второго порядка, то .
Проверить свойство: треугольная матрица нильпотентна тогда и только тогда, когда все ее диагональные элементы нулевые.
Проверить свойство: если матрицы нильпотентны и перестановочны, то и нильпотентны.
Проверить свойство: если матрицы и периодические и перестановочные, то — периодическая матрица. Выразить какойлибо ее период через периоды матриц .
Проверить свойство: пусть . Доказать, что — периодическая матрица.
Проверить свойство: всякая матрица перестановки периодична.
Проверить свойство: пусть матрица является одновременно унитарной и эрмитовой. Доказать, что периодична.
Пусть — невырожденная матрица и . Проверить каждое из свойств: периодичность, нильпотентность выполняется для матриц и одновременно (т. е. если оно выполнено для матрицы , то выполнено и для , и обратно).
Пусть матрицы и неотрицательные. Проверить, что тогда — также неотрицательные матрицы.
Пусть — столбец из единиц, и матрица неотрицательная. Доказать, что условие — необходимое и достаточное условие стохастичности .
Доказать, что если матрицы и стохастические, то матрица также стохастическая.
Пусть матрица стохастическая. Существует ли ? Будет ли стохастической, если она существует?
В каком случае стохастическая матрица является ортогональной?
Доказать справедливость тождества:
.
Пусть — треугольная матрица, — натуральное число. Вычислить след матрицы .
Пусть — произвольная матрица. Вычислить:
Доказать, что если , то .
Доказать, что если — нильпотентная матрица второго порядка, то .
Доказать, что не существует матриц и таких, что .