Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Согласно гл. 3, анализ произвольных функций $n$ переменных состояния следует начинать с поиска канонических форм таких функций в вырожденной критической точке. При исследовании систем линейных уравнений нашим «рабочим материалом» являются $n \times n$-матрицы. Поэтому роль вырожденной критической точки будут играть вырожденные собственные значеиия матриц, а канонических ростков в вырожденных критических точках — канонические жордановы формы (14.2) и (14.3) матриц с вырожденными собственными значениями; вместо нелинейных преобразований функций будут использоваться линейные преобразования линейных систем ${ }^{1}$ ). Вычисления для матриц, сходные с вычислениями, которые выполняются при приведении функции к каноническому виду (гл. 3), можно найти в любой монографии [2], посвященной теории линейных векторных пространств. Поскольку, однако, в подобных работах, как правило, отсутствует информация относительно нахождения наименьшего универсального возмущения, то, по-видимому, имеет смысл рассмотреть этот вопрос более подробно. Напомним еще раз, что, как только канонический росток определен, необходимо определить его наиболее общее возмущение. Для этого к ростку добавляют произвольное возмуцение, а затем «забывают» все те члены возмущения, которые могут быть получены из ростка с помощью преобразований «подобия» (т. е. нелинейных координатных замен). По этому пути можно пойти и в случае линейных систем. Так, если имеется комплексная $n \times n$-матрица $M_{0}$, то можно добавить к ней произвольное возмущение $\delta M$, и тогда наиболее общим возмущением будет комплексная $n \times n$-матрица, все элементы которой достаточно малы. Некоторые малые матрицы $\delta M$ (кстати, они не представляют для нас особого интереса, поэтому о них можно «забыть») могут быть получены посредством преобразований подобия матрицы $M$. Оставшиеся матрицы аналогичны универсальным возмущениям ростков катастроф, которые приведены в табл. 2.2. Наиболее общее возмущение $M_{0}(\lambda)$ имеет вид при этом любой элемент матрицы «мал» по величине. Можно получить большое семейство матриц из $M_{0}$, выполняя над ней преобразования подобия: $M_{0} \rightarrow S M_{0} S^{-1}$. В общем преобразованные матрицы, близкие к $M_{0}$,- это лишь те матрицы, которые могут быть получены путем преобразований подобия, близких к тождественному. Следовательно, Если мы возьмем малую матрицу $\delta S$ : любой элемент которой «мал», то Ясно, что некоторые матрицы $\delta S_{c}$ коммутируют с матрицей $M_{0}$ в то время как другие матрицы $\delta S_{i}$ не коммутируют с $M_{0}$; например, Также очевидно, что некоторые матрицы $8 M_{i}$ могут быть записаны в виде коммутатора некоторой матрицы $\delta S$ с $M_{0}$ : в то время как другие матрицы $\delta M_{c}$ — нет; например, Можно пренебречь всеми возмущениями $\delta M$ матрицы $M_{0}$ вида (14.18в), так как они «внутренне» порождаются координатными преобразованиями (т.е. заменой базиса). Следовательно, самое общее возмущение матрицы $M_{0}$ наименьшей размерности имеет вид Вернемся к обсуждению общей проблемы. Инфинитезимальные преобразования подобия $S \rightarrow I+\delta S$ вызывают возмущения $M_{0}$ в соответствии с Множество инфинитезимальных матриц $\delta S$ образует линейное векторное пространство $\mathscr{S} \simeq \mathbb{C}^{n^{2}}$. Подмножество матриц в $\mathscr{S}$, коммутирующих с $M_{0}$, Гср. стве $\mathscr{F}$; если $\delta S_{1}, \delta S_{2} \in \mathscr{I}_{c}$, то Подпространство $\mathscr{S}_{c}$ определено однозначно. Пространство $\mathscr{P}$ может быть представлено в виде прямой суммы Множество инфинитезимальных преобразований $\delta M$ матрицы $M_{0}$ является линейным векторным пространством $\mathscr{P} \simeq \mathbb{C}^{n^{2}}$. Подмножество матриц $\mathscr{P}$, которые могут быть представлены в виде $\left[\delta S, \dot{M}_{0}\right]$, образует линейное векторное подпространство $\mathscr{P}_{i}$ [внутреннее, ср. с (14.18в)] в пространстве $\mathscr{P} ;$ если $\delta M_{1}=\left[\delta S_{1}, M_{0}\right]$ и $\delta M_{2}=\left[\delta S_{2}, M_{0}\right]$, то Подпространство $\mathscr{P}_{i}$ определено однэзначно. Пространство $\mathscr{P}$ может быть представлено как Подпространство $\mathscr{P}_{c}$ [ср. с (14.18г)] не единственно. Матричная структура пространства $\mathscr{P}_{c}$ может быть выбранє подходящим образом. Ранее мы уже пояснили, почему между двумя пространствами $\mathscr{P}$ и $\mathscr{P}$ должен существовать некоторый тип двойственности. В частности, существует взаимно однозначное соответствие между (не единственным) пространством $\mathscr{P}_{i}$ и единственным пространством $\mathscr{P}_{i}$. Предположим, что для некоторого $\delta M \in \mathscr{P}_{i}$ можно найти две матрицы $\delta S_{1}, \delta S_{2} \in \mathscr{P}_{i}$, коммутаторы которых с $M_{0}$ дают $\delta M$. Тогда $\delta S_{1}-\delta S_{2} \in \mathscr{P}_{i}$, и из следует, что $\delta S_{1}-\delta S_{2} \in \mathscr{P}_{c}$. Так как $\mathscr{P}_{c} \cap \mathscr{P}_{i}=0$, то $\delta S_{1}-\delta S_{2}=0$. Поэ1ому соответствие между этими просгранствами таково: Поскольку $\mathscr{S}$ и $\mathscr{P}$ изоморфны $\mathbb{C}^{n^{2}}$, а $\mathscr{P}_{l}$ изоморфно $\mathscr{P}_{i}$, то должно существовать взаимно однозначное соответствие между $\mathscr{P}_{c}$ и $\mathscr{P}_{c}$. Наименьшее универсальное возмущение матрицы $M_{0}$ лежит в $\mathscr{P}_{c}$. Таким образом, $\mathscr{P}_{c}$ может быть построено, как показано ниже: Пример 2. Предположим, что $M_{0}$ имеет различные собственные значения. Без потери общности можно считать, что матрица $M_{0}$ диагональна и имеет собственные значения $\lambda_{1} Поскольку собственные значения различны, все внедиагональные элементы возмущения $\delta M$ могут быть порождены внутренним образом. Универсальное возмущение диагональной матрицы с различными собственными значениями само является диагональной матрицей. Возмущение вызывает лишь небольшое смещение значений изолированных собственных значений, не изменяя при этом знак их действительной части ${ }^{1}$ ), или свойства устойчивости $M_{0}$. В этом смысле матрица с $n$ невырожденными (изолированными) собственными значениями аналогична морсовским функциям с невырожденными (изолированными) критическими точками. Инфинитезимальное преобразование подобия $\delta S$ также может быть представлено в блочной форме где $S_{i j}-d_{i} \times d_{j}$-матрица. Коммутатор дает Полученное уравнение может быть однозначно разрешено для элементов $d_{i} \times d_{j}$-матрицы $S_{i j}$ через элементы $d_{i} \times d_{j}$-матрицы $\delta M_{i j}$, если $i Пример 4. Предположим, что $M_{0}$ имеет $k$-кратно вырожденное собственное значение и ее жорданова каноническая форма имеет структуру Подпространство $\mathscr{P}_{c}$ матриц может быть схематически представлено как при этом отмеченные элементы матриц независимы, а остальные равны нулю [сравните с (14.18г)]. Наиболее общее возмущение жордановой матрицы (14.34) $\lambda^{n_{1}} \lambda^{n_{2}} \lambda^{n_{3}} \ldots\left(n_{1} \geqslant n_{2} \geqslant n_{3}>\ldots>1\right)$ [сравните с (14.3)] имеет следующую размерность: Пример 5. Наиболее общее возмущение жордановой матрицы имеет вид ших Локальное и глобальное рассмотрения дают эквивалентные результаты, хотя первое значительно проще. Это наводит на мысль о существовании «инфинитезимального аналога» методов, описанных в гл. 4.
|
1 |
Оглавление
|