16

Дополнительные задачи

[21/90%]
Показать
LaTeX
Задача 16.1

Найти наибольшее значение определителя третьего порядка, составленного:

?
(а)

из чисел 0 и 1 ;

(б)

из чисел 1 и -1.

Задача 16.2

Доказать, что если в определителе порядка nn на пересечении некоторых kk строк и ll столбцов стоят элементы, равные нулю, причём k+l>nk+l>n, то определитель равен нулю.

?
Задача 16.3

Пусть DD — определитель порядка n>1,D1n>1, D_{1} и D2D_{2} — определители, полученные из DD заменой каждого элемента aija_{i j} на его алгебраическое дополнение AijA_{i j} для D1D_{1} и на его минор MijM_{i j} для D2D_{2}. Доказать, что D1=D2D_{1}=D_{2}.

?
Задача 16.4

Взаимной (или присоединенной) матрицей A^\widehat{A} для квадратной матрицы AA размера nn называется матрица, в которой на месте iji j стоит алгебраическое дополнение AjiA_{j i}. Доказать, что:

?
(а)

∣A^∣=∣A∣n−1\left|\widehat{A}\right|=\left|A\right|^{n-1};

(б)

A^^=∣A∣n−2A\hat{\hat{A}}=\left|A\right|^{n-2} A при n>2n>2 и A^^=A\hat{\hat{A}}=A при n=2n=2.

Задача 16.5

Пусть A=(aij),B=(bij)A=\left(a_{i j}\right), B=\left(b_{i j}\right) — матрицы порядка m×n,Ai1,…,imm \times n, A_{i_{1}, \ldots , i_{m}} и Bi1,…,imB_{i_{1}, \ldots , i_{m}} — миноры порядка mm матриц AA и BB соответственно, составленные из столбцов с номерами i1,…,imi_{1}, \ldots , i_{m},

cij=∑k=1naikbjk,C=(cij),i=1,…,m;j=1,…,m c_{i j}=\sum _{k=1}^{n} a_{i k} b_{j k}, \quad C=\left(c_{i j}\right), \quad i=1, \ldots , m ; \quad j=1, \ldots , m

Доказать, что

det⁡C=∑1⩽i1<i2<…<im⩽nAi1,…,imBi1,…,im \operatorname {det} C=\sum _{1 \leqslant i_{1}<i_{2}<\ldots <i_{m} \leqslant n} A_{i_{1}, \ldots , i_{m}} B_{i_{1}, \ldots , i_{m}}

если m⩽nm \leqslant n, и det⁡C=0\operatorname {det} C=0, если m>nm>n.

?
Задача 16.6

Пусть AA и BB — матрицы порядков p×np \times n и n×kn \times k соответственно, A(i1…imj1…jm),B(i1…imj1…jm)A\left(\begin{array}{lll}i_{1} & \ldots & i_{m} \\ j_{1} & \ldots & j_{m}\end{array}\right), \quad B\left(\begin{array}{lll}i_{1} & \ldots & i_{m} \\ j_{1} & \ldots & j_{m}\end{array}\right) — миноры матриц AA и BB, стоящие на пересечениях строк с номерами i1,…,imi_{1}, \ldots , i_{m} и столбцов с номерами j1,…,jmj_{1}, \ldots , j_{m}, и C=ABC=A B. Доказать, что

C(i1…imj1…jm)={∑1⩽k1<k2<…<km⩽nA(i1…imk1…km)B(k1…kmj1…jm), если m⩽n,0, если m>n. C\left(\begin{array}{lll}i_{1} & \ldots & i_{m} \\ j_{1} & \ldots & j_{m}\end{array}\right) = \begin{cases} \displaystyle \sum _{1 \leqslant k_{1}<k_{2}<\ldots <k_{m} \leqslant n} A\left(\begin{array}{lll}i_{1} & \ldots & i_{m} \\ k_{1} & \ldots & k_{m}\end{array}\right) B\left(\begin{array}{lll}k_{1} & \ldots & k_{m} \\ j_{1} & \ldots & j_{m}\end{array}\right), & \text{ если } m \leqslant n, \\ 0, & \text{ если } m>n. \end{cases}
?
Задача 16.7

Доказать, что сумма главных миноров порядка kk матрицы A⋅tAA \cdot { }^{t} A равна сумме квадратов всех миноров порядка kk матрицы AA.

?
Задача 16.8

Пусть

D=[a11…a1n…………an1…ann] D=\left[\begin{smallmatrix} a_{11} & \ldots & a_{1 n} \\ \ldots \ldots & \ldots & \ldots \\ a_{n 1} & \ldots & a_{n n} \end{smallmatrix}\right]

Доказать, что

[a11…a1nx1……………an1…annxnx1…xnz]=Dz−∑i,j=1nAijxixj \left[\begin{smallmatrix} a_{11} & \ldots & a_{1 n} & x_{1} \\ \ldots \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ a_{n 1} & \ldots & a_{n n} & x_{n} \\ x_{1} & \ldots & x_{n} & z \end{smallmatrix}\right]=D z-\sum _{i, j=1}^{n} A_{i j} x_{i} x_{j}
?
Задача 16.9

Доказать, что сумма алгебраических дополнений элементов строки определителя не изменится, если ко всем элементам матрицы прибавить одно и то же число.

?
Задача 16.10

Доказать, что если все элементы какой-нибудь строки (столбца) определителя равны единице, то сумма алгебраических дополнений всех элементов определителя равна самому определителю.

∗∗∗ * \quad * \quad *
?
Задача 16.11

Пусть

A=[a11…a1n……………an1…ann],B=[b11…b1k…………bk1…bkk], A=\left[\begin{smallmatrix} a_{11} & \ldots & a_{1 n} \\ \ldots \ldots \ldots & \ldots & \ldots \\ a_{n 1} & \ldots & a_{n n} \end{smallmatrix}\right], \quad B=\left[\begin{smallmatrix} b_{11} & \ldots & b_{1 k} \\ \ldots \ldots & \ldots & \ldots \\ b_{k 1} & \ldots & b_{k k} \end{smallmatrix}\right], D=∣ a11b11…a1nb11a11b12…a1nb12…a11b1k…a1nb1k…………………………an1b11…annb11an1b12…annb12…an1b1k…annb1k…………………………. D=\left\lvert \, \begin{array}{llllllllll} a_{11} b_{11} & \ldots & a_{1 n} b_{11} & a_{11} b_{12} & \ldots & a_{1 n} b_{12} & \ldots & a_{11} b_{1 k} & \ldots & a_{1 n} b_{1 k} \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ a_{n 1} b_{11} & \ldots & a_{n n} b_{11} & a_{n 1} b_{12} & \ldots & a_{n n} b_{12} & \ldots & a_{n 1} b_{1 k} & \ldots & a_{n n} b_{1 k} \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \end{array}.\right.

где DD (определитель порядка nkn k) — кронекеровское произведение определителей AA и BB. Доказать, что D=AkBnD=A^{k} B^{n}.

?
Задача 16.12

Континуантой называется определитель

(a1a2…an)=[a1100…00−1a210…000−1a31…00…………………0000…−1an]. \left(a_{1} a_{2} \ldots a_{n}\right)=\left[\begin{smallmatrix} a_{1} & 1 & 0 & 0 & \ldots & 0 & 0 \\ -1 & a_{2} & 1 & 0 & \ldots & 0 & 0 \\ 0 & -1 & a_{3} & 1 & \ldots & 0 & 0 \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ 0 & 0 & 0 & 0 & \ldots & -1 & a_{n} \end{smallmatrix}\right].
?
(а)

Выразить (a1a2…an)(a_{1} a_{2} \ldots a_{n}) в виде многочлена от a1,…,ana_{1}, \ldots , a_{n}.

(б)

Написать разложение континуанты по первым kk строкам.

(в)

Установить следующую связь континуанты с непрерывными дробямиЖ

(a1a2…an)(a2a3…an)=a1+1a2+1a3+…+1⋱1an−1+1an \frac{\left(a_{1} a_{2} \ldots a_{n}\right)}{\left(a_{2} a_{3} \ldots a_{n}\right)}=a_{1}+\frac{1}{a_{2}+\frac{1}{a_{3}+\ldots +\frac{1}{\ddots } \frac{1}{a_{n-1}+\frac{1}{a_{n}}}}}
Задача 16.13

Доказать, что если A,B,C,DA, B, C, D — квадратные матрицы порядка nn и C⋅tD=D⋅tCC \cdot { }^{t} D=D \cdot { }^{t} C, то

[ABCD]=∣A⋅tD−B⋅tC∣ \left[\begin{smallmatrix} A & B \\ C & D \end{smallmatrix}\right]=\left|A \cdot { }^{t} D-B \cdot { }^{t} C\right|
?
Задача 16.14

Доказать, что если A,B,C,DA, B, C, D — квадратичные формы порядка nn, причём CC или DD — невырожденная матрица, и CD=DCC D=D C, то

[ABCD]=∣AD−BC∣ \left[\begin{smallmatrix} A & B \\ C & D \end{smallmatrix}\right]=\left|A D-B C\right|
?
Задача 16.15

Вычислить определитель ∣cEAAcE∣\left|\begin{array}{cc}c E & A \\ A & c E\end{array}\right|, где

A=[a100…01a10…001a1…0………………0000…a] A=\left[\begin{smallmatrix} a & 1 & 0 & 0 & \ldots & 0 \\ 1 & a & 1 & 0 & \ldots & 0 \\ 0 & 1 & a & 1 & \ldots & 0 \\ \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots & \ldots \\ 0 & 0 & 0 & 0 & \ldots & a \end{smallmatrix}\right]
?
Задача 16.16

Доказать, что определитель, получающийся при вычеркивании kk-го столбца в матрице

(aij)=((j−1i−1)),i=1,…,n+1;j=1,…,n+2 \left(a_{i j}\right)=\left(\binom {j-1}{i-1}\right), \quad i=1, \ldots , n+1 ; \quad j=1, \ldots , n+2

равен (n+1k−1)\binom {n+1}{k-1}.

?
Задача 16.17

Доказать, что

[12!13!14!⋯1(2k+2)!112!13!⋯1(2k+1)!0112!⋯1(2k)!⋯⋯⋯⋯⋯000⋯12!]=0,k∈N. \left[\begin{smallmatrix} \frac{1}{2!} & \frac{1}{3!} & \frac{1}{4!} & \cdots & \frac{1}{(2 k+2)!} \\ 1 & \frac{1}{2!} & \frac{1}{3!} & \cdots & \frac{1}{(2 k+1)!} \\ 0 & 1 & \frac{1}{2!} & \cdots & \frac{1}{(2 k)!} \\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ 0 & 0 & 0 & \cdots & \frac{1}{2!} \end{smallmatrix}\right]=0, \quad k \in \mathbb {N}.
?
Задача 16.18

Перемножив матрицы

[x1x2x3x4x2−x1−x4x3x3x4−x1−x2x4−x3x2−x1],[y1y2y3y4y2−y1−y4y3y3y4−y1−y2y4−y3y2−y1], \left[\begin{smallmatrix} x_{1} & x_{2} & x_{3} & x_{4} \\ x_{2} & -x_{1} & -x_{4} & x_{3} \\ x_{3} & x_{4} & -x_{1} & -x_{2} \\ x_{4} & -x_{3} & x_{2} & -x_{1} \end{smallmatrix}\right], \quad \left[\begin{smallmatrix} y_{1} & y_{2} & y_{3} & y_{4} \\ y_{2} & -y_{1} & -y_{4} & y_{3} \\ y_{3} & y_{4} & -y_{1} & -y_{2} \\ y_{4} & -y_{3} & y_{2} & -y_{1} \end{smallmatrix}\right],

доказать, что

(x12+x22+x32+x42)(y12+y22+y32+y42)==(x1y1+x2y2+x3y3+x4y4)2+(x1y2−x2y1−x3y4+x4y3)2++(x1y3+x2y4−x3y1−x4y2)2+(x1y4−x2y3+x3y2−x4y1)2 \begin{aligned} & \left(x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+x_{3}^{2}+x_{4}^{2}\right)\left(y_{1}^{2}+y_{2}^{2}+y_{3}^{2}+y_{4}^{2}\right)= \\ & \quad =\left(x_{1} y_{1}+x_{2} y_{2}+x_{3} y_{3}+x_{4} y_{4}\right)^{2}+\left(x_{1} y_{2}-x_{2} y_{1}-x_{3} y_{4}+x_{4} y_{3}\right)^{2}+ \\ & \quad +\left(x_{1} y_{3}+x_{2} y_{4}-x_{3} y_{1}-x_{4} y_{2}\right)^{2}+\left(x_{1} y_{4}-x_{2} y_{3}+x_{3} y_{2}-x_{4} y_{1}\right)^{2} \end{aligned}
?
Задача 16.19

Вычислить определитель матрицы (aij)(a_{i j}) порядка nn, где:

?
(а)

aija_{i j} равно 1, если ii делит jj, и равно 0 в противоположном случае;

(б)

aija_{i j} равно числу общих делителей чисел ii и jj.

Задача 16.20

Доказать, что определитель матрицы (dij)(d_{i j}) порядка nn, где dijd_{i j} — наибольший общий делитель чисел ii и jj, равен φ(1)φ(2)…φ(n)\varphi (1) \varphi (2) \ldots \varphi (n).

?
Задача 16.21

Пусть x1…xn,y1…ynx_{1} \ldots x_{n}, y_{1} \ldots y_{n} — числа, причём xiyj≠1x_{i} y_{j} \neq 1 для всех i,j=1,…,n,Δ(x1,…,xn),Δ(y1,…,yn)i, j=1, \ldots , n, \quad \Delta \left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right), \Delta \left(y_{1}, \ldots , y_{n}\right) — определители Вандермонда. Доказать, что

Δ(x1,…,xn)Δ(y1,…,yn)=det⁡(11−xiyj)i,j=1,…,n∏i,j=1n(1−xiyj) \Delta \left(x_{1}, \ldots , x_{n}\right) \Delta \left(y_{1}, \ldots , y_{n}\right)=\operatorname {det}\left(\frac{1}{1-x_{i} y_{j}}\right)_{i, j=1, \ldots , n} \prod _{i, j=1}^{n}\left(1-x_{i} y_{j}\right)
?