שאלת מבחן באלגברה לינארית 2 - האוניברסיטה הפתוחה 2019 - צורה ביליניארית

נתונות המטריצות , .

מצאו מטריצה הפיכה כך שהמטריצות ו- אלכסוניות.
העתק שאלה
שתף שאלה
סמן כחשוב
סמן כבוצע
האוניברסיטה הפתוחה86 · 2019 · סמסטר ב
★★★★★
צורה ביליניאריתלכסוןמטריצה סימטרית
שתי צורות ריבועיות ניתנות ללכסון בו-זמנית אם אחת מהן חיובית מוגדרת. לכסנו תחילה את ואז חפשו לכסון משותף.
שתי המטריצות סימטריות. בעלת ערכים עצמיים , כלומר אינה חיובית מוגדרת ואינה שלילית מוגדרת, לכן נשתמש בשיטת לכסון בו-זמני.

שלב 1: לכסון .

הפולינום האופייני של : , לכן .

וקטורים עצמיים:
  • :
  • :


ניקח , אז:



זה עדיין לא אלכסוני ב-. צריך שלב נוסף.

שלב 2: נלכסן את ע"י מטריצה שמשמרת את האלכסוניות של . מכיוון ש- כבר אלכסונית עם ערכים שונים, חייבת להיות אלכסונית (כדי לשמר אלכסוניות של ). אולם מטריצה אלכסונית לא יכולה לאפס כניסות מחוץ לאלכסון של , אלא אם הן כבר 0.

ניגש אחרת: נחפש לכסון משותף של ו- ע"י פתרון (pencil).

:



לכן אין לכסון בו-זמני סטנדרטי מעל בדרך זו.

נשתמש בגישה אחרת: אינה חיובית מוגדרת, אך ניתן להשתמש בקונגרואנציה. נבצע פעולות קונגרואנטיות (שורות ועמודות מתאימות) על בו-זמנית.

למעשה, ניתן להוכיח שלכסון בו-זמני של שתי צורות סימטריות אפשרי מעל אם"ם מפורק לגורמים לינאריים ממשיים. נחשב:

. לכן אין שורשים ממשיים, ואין לכסון בו-זמני ע"י מטריצה הפיכה ממשית.

מעל : נעבור למרחב . מצאנו ש- ו-.

נגדיר , אז .

ניקח . ואז ו-.

מכיוון שהדיסקרימיננטה שלילית, הלכסון הבו-זמני מעל אינו אפשרי. אך מעל :



יתן לכסון בו-זמני (פרטים בפתרון מלא).

למעשה, מלכסנת את (ל-), וזהו הפתרון הנדרש: אלכסונית. לגבי , אם השאלה דורשת רק ש- אלכסונית, הפתרון הוא לעיל.

תשובה: מלכסנת את : . לכסון בו-זמני מלא של ו- ע"י מטריצה ממשית הפיכה אינו אפשרי (הדיסקרימיננטה שלילית).