дипломы,курсовые,рефераты,контрольные,диссертации на заказ
 

Матрицы Умножение матриц

Докажем дистрибутивность умножения. Чтобы произведение $ {A(B+C)}$ было определено, матрицы $ B$ и $ C$ должны иметь размеры $ n\times k$ . Положим $ {D=B+C}$ , $ {F=A(B+C)}$ , $ {G=AB}$ , $ {H=AC}$ , $ {U=AB+AC}$ . Для доказательства равенства $ {A(B+C)=AB+AC}$ , нужно доказать, что $ {f_{ij}=u_{ij}}$ , $ {i=1,\ldots ,m}$ , $ {j=1,\dots,k}$ .

Так как $ F=AD$ , то

$\displaystyle f_{ij}=\sum_{s=1}^n a_{is}d_{sj}.$
По определению суммы матриц, $ d_{sj}=b_{sj}+c_{sj}$ . Следовательно,
$\displaystyle f_{ij}=\sum_{s=1}^na_{is}(b_{sj}+c_{sj}).$(14.7)

С другой стороны,
$\displaystyle u_{ij}=g_{ij}+h_{ij},\quad g_{ij}=\sum_{s=1}^n a_{is}b_{sj}, \quad h_{ij}=\sum_{s=1}^n a_{is}c_{sj}.$
Тогда
$\displaystyle h_{ij}=\sum_{s=1}^na_{is}b_{sj}+\sum_{s=1}^na_{is}c_{sj}= \sum_{... ..._{is}b_{sj}+a_{is}c_{sj}\right)= \sum_{s=1}^na_{is}\left(b_{sj}+c_{sj}\right).$
Сравнивая полученный результат с(14.7), получаем $ f_{ij}=u_{ij}$ . Первое равенство в свойстве дистрибутивности доказано. Второе равенство доказывается аналогично.

Докажем первое равенство в свойстве 4. Чтобы произведение $ EA$ было определено, матрица $ E$ должна иметь порядок $ m$ . Пусть $ {C=EA}$ . Тогда

$\displaystyle c_{ij}=\sum_{s=1}^m{\delta}_s^ia_{sj},$
где $ {\delta}_s^i$ -- символ Кронекера . Сумма справа имеет вид
$\displaystyle c_{ij}=0\cdot a_{1j}+\ldots+0\cdot a_{i-1,j}+1\cdot a_{ij}+0\cdot a_{i+1,j} +\ldots+0\cdot a_{mj}=a_{ij}.$
Таким образом $ C=A$ , первое равенство в свойстве 4 доказано. Второе равенство доказывается аналогично.
Замечание 14.4 Из ассоциативности умножения матриц следует, что если произведение содержит три и более сомножителей, то его можно записывать без использования скобок. Например, $ ABC$ или $ ABCD$ . Эта кажущаяся очевидной запись произведения верна не для всяких математических объектов. Действительно, в силу предложения 10.23, для векторного произведения векторов запись $ {{\bf a}\times {\bf b}\times {\bf c}}$ неприемлема, так как результат вычисления этого произведения зависит от расстановки скобок.
Замечание 14.5 Свойство дистрибутивности позволяет раскрывать скобки в матричных выражениях. Но нужно обратить внимание, что, раскрывая скобки, нельзя менять порядок сомножителей.
Замечание 14.6 Свойство 4 объясняет происхождение названия "единичная" матрица. В умножении матриц единичная матрица ведет себя так же, как число 1 при умножении чисел.

Упражнение14.4.6. Докажите, что произведение двух верхних треугольных матриц одного порядка является верхней треугольной матрицей того же порядка. Докажите аналогичное утверждение для нижних треугольных матриц.

Упражнение14.4.7. По определению считается, что $ A^n=\underbrace{A\cdot\ldots\cdot A}_n$ . Покажите, что для матриц формула $ {(A+B)^2=A^2+2AB+B^2}$ не верна. Объясните почему.

 

Непрерывность функций Гиперболические функции и ареа-функции

Упражнение 3.2 Докажите приведённые выше формулы, исходя из определений гиперболических функций.

Подобно тому, как равенство $ \cos^2t+\sin^2t=1$ выражает тот факт, что точка координатной плоскости $ xOy$ с координатами $ x=\cos t$, $ y=\sin t$ при изменении параметра $ t$ движется по окружности радиуса 1, заданной уравнением $ x^2+y^2=1$ (и называемой тригонометрическим кругом), равенство $ \mathop{\rm ch}\nolimits ^2t-\mathop{\rm sh}\nolimits ^2t=1$ говорит о том, что точка с координатами $ x=\mathop{\rm ch}\nolimits t$, $ y=\mathop{\rm sh}\nolimits t$ движется по равносторонней гиперболе, заданной уравнением $ x^2-y^2=1$. Отсюда и происходит название: гиперболические функции.

Функции $ \mathop{\rm sh}\nolimits $, $ \mathop{\rm th}\nolimits $ непрерывны и монотонно возрастают на своих областях определения. Поэтому они имеют обратные функции, которые также монотонно возрастают и непрервыны. Функция, обратная к функции $ \mathop{\rm sh}\nolimits $, называется обратным гиперболическим синусом, или ареа-синусом, и обозначается $ \mathop{\rm arsh}\nolimits $. Имеем: $ {\mathop{\rm arsh}\nolimits :\mathbb{R}\to\mathbb{R}}$, $ {y=\mathop{\rm arsh}\nolimits x\Longleftrightarrow x=\mathop{\rm sh}\nolimits y}$. Функция, обратная к функции $ \mathop{\rm th}\nolimits $, называется обратным гиперболическим тангенсом, или ареа-тангенсом, и обозначается $ \mathop{\rm arth}\nolimits $. Итак, $ {\mathop{\rm arth}\nolimits :(-1;1)\to\mathbb{R}}$, $ {y=\mathop{\rm arth}\nolimits x\Longleftrightarrow x=\mathop{\rm th}\nolimits y}$.

Рис.3.27.Графики функций $ y=\mathop{\rm arsh}\nolimits x$ и $ y=\mathop{\rm arth}\nolimits x$

Функция $ \mathop{\rm cth}\nolimits $, хотя и имеет разрыв в точке 0, монотонна на интервалах $ (-\infty;0)$ и $ (0;+\infty)$ и принимает каждое своё значение ровно один раз. Поэтому существует обратная функция, называемая обратным гиперболическим котангенсом, или ареа-котангенсом, обозначаемая $ \mathop{\rm arcth}\nolimits $. Она определена на $ (-\infty;1)\cup(1;+\infty)$ и принимает значения в множестве $ \mathbb{R}\diagdown \{0\}=(-\infty;0)\cup(0;+\infty)$.

Рис.3.28.График функции $ y=\mathop{\rm arcth}\nolimits x$

Функция $ \mathop{\rm ch}\nolimits $ не является монотонной на всей своей области определения. Однако монотонно (и непрерывно) её ограничение на полуось $ [0;+\infty)$, при этом функция $ \mathop{\rm ch}\nolimits \vert _{[0;+\infty)}$ принимает все значения из $ [1;+\infty)$. Поэтому для этого ограничения существует обратная функция, называемая обратным гиперболическим косинусом, или ареа-косинусом и обозначаемая $ \mathop{\rm arch}\nolimits $. Она непрерывна на своей области определения $ [1;+\infty)$ и принимает значения на $ [0;+\infty)$.

Возможен вариант: вместо ограничения на $ [0;+\infty)$ можно рассмотреть ограничение функции $ \mathop{\rm ch}\nolimits $ на $ (-\infty;0]$, а затем функцию, обратную к этому ограничению. Эту функцию часто также называют ареа-косинусом и обозначают $ \mathop{\rm arch}\nolimits $, однако нужно чётко осознавать, что при таком построении получается другая функция (будем обозначать её здесь $ \mathop{\rm arch}\nolimits _-$). Итак, $ \mathop{\rm arch}\nolimits :[1;+\infty)\to[0;+\infty)$ и $ \mathop{\rm arch}\nolimits _-:[1;+\infty)\to(-\infty;0]$.

Рис.3.29.Графики функций $ y=\mathop{\rm arch}\nolimits x$ и $ y=\mathop{\rm arch}\nolimits _-x$

 

Неопределенный интегралВекторное произведение векторов

Трассировка пиксельных изображений Adobe Illustrator Линейные блоковые коды