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On direct product matrices. - MaRDI portal

On direct product matrices. (Q2616624)

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On direct product matrices.
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    On direct product matrices. (English)
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    1934
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    Besteht eine Matrix \(A\) aus \(m\cdot n\) Elementen in \(m\) Zeilen und \(n\) Spalten, so heißt \(A\) vom Typus \((m,n)\). \(A\times B\) bezeichne das bekannte \textit{Kronecker}sche Produkt der Matrizen \(A\) und \(B\); ist \(A\) vom Typus \((m,n)\), \(B\) vom Typus \((p,q)\), so ist \(A\times B\) vom Typus \((mp,nq)\), also insbesondere mit \(A\) und \(B\) quadratisch. Verf. stellt die Frage nach den Elementarteilern von \(A_m\times B_n-\lambda E_{mn}\), wenn die der Matrizen \(A_m-\lambda E_m\) und \(B_n-\lambda E_n\) bekannt sind; \(A_m\) bedeute dabei eine Matrix vom Grade \(m\). Die Elementarteiler von \(A_m-\lambda E_m\) und \(B_n-\lambda E_n\) seien \[ (a_\varrho -\lambda )^{m_\varrho }\quad (\varrho = 1,2,\dots,r); \qquad (b_\sigma -\lambda )^{n_\sigma }\quad (\sigma =1,2,\dots,s); \] ferner sei \(\mu _{\varrho \sigma } = \operatorname {Min}(m_\varrho,n_\sigma )\). Dann sind die Elementarteiler von \(A_m\times B_n-\lambda E_{mn}\): für \(a_\varrho b_\sigma \neq 0\) \ \((a_\varrho b_\sigma -\lambda )^ {m_\varrho +n_\sigma -2k+1}\) \ \((k=1,2,\dots,\mu _{\varrho \sigma })\), für \(a_\varrho = 0\), \ \(b_\sigma \neq 0\) \^^M\(\lambda ^{m_\varrho }\) \ \(n_\sigma \)-mal, für \(a_\varrho \neq 0\), \ \(b_\sigma =0\) \ \(\lambda ^{n_\sigma }\) \^^M\(m_\sigma \)-mal, für \(a_\varrho = 0\), \ \(b_\sigma = 0\) \ \(\lambda, \lambda ^2,\dots,\lambda ^{\mu _{\varrho \sigma ^{-1}}}\) je 2-mal,\quad \(\lambda ^{\mu _{\varrho \sigma }}\) \^^M\((m_\varrho +n_\sigma -2\mu _{\varrho \sigma }+\lambda )\)-mal \rightline {\((\varrho =1,2,\dots,r\); \ \(\sigma =1,2,\dots,s)\)} (in Theorem 1 auf S. 463 ist \(l\) durch 1 zu ersetzen). Unter denselben Bezeichnungen hat die Matrix \((xA_m\times E_n+yE_m\times B_n-\lambda E_{mn})\), in der \(x\), \(y\) nicht verschwindende skalare Größen sind, die Elementarteiler: \[ (xa_\varrho + yb_\sigma -\lambda )^{m_\varrho +n_\sigma -2k +1}\quad (k=1,2,\dots,\mu _{\varrho,\sigma }). \] Der Schluß der Arbeit behandelt lineare Matrizengleichungen \[ A_1X_1B_1+A_2X_2B_2+\cdots +A_rX_rB_r=C.\tag{1} \] Hierbei sind \(A_\varrho \) vom Typus \((m, m_\varrho )\), \(X_\varrho \) vom Typus \((m_\varrho,n_\varrho )\), \(B_\varrho \) vom Typus \((n_\varrho,n)\) und \(C\) vom Typus \((m,n)\). (In den ersten Zeilen auf S. 466 sind einige dieser Angaben zu verbessern.) Ferner bedeute \(C^R\) die einreihige Matrix, die aus \(C\) durch einfaches Aneinanderreihen der Zeilen in einer Zeile entsteht. Dann ist ein notwendiges und hinreichendes Kriterium für die Lösbarkeit der Gleichung (1) in den Unbekannten \(X_\varrho \) die Gleichung: \[ \operatorname {Rang} P = \operatorname {Rang}\binom {C^R}{P}\quad \text{mit}\quad P=\begin{pmatrix} A_1'\times B_1\cr \cdot \cr \cdot \cr \cdot \cr A_n'\times B_r\end{pmatrix} ; \] für \(C=0\) existiert eine nichttriviale Lösung, wenn \[ \operatorname {Rang} P<\sum _{\varrho =1}^r m_\varrho n_\varrho. \] Im speziellen Fall \[ \sum _{\varrho =1}^r A_\varrho X B_\varrho = C,\tag{2} \] in dem die \(A_\varrho \) vom Typus \((m,m_1)\), X vom Typus \((m_1,n_1)\), die \(B_\varrho \) vom Typus \((n_1,n)\) und \(C\) vom Typus \((m,n)\) sind, erhält man als Bedingung für die Lösbarkeit von (2): \[ \operatorname {Rang} Q = \operatorname {Rang}\binom {C^R}{Q}\quad \text{mit}\quad Q=\sum _{\varrho =1}^r A'_\varrho \times B_\varrho ; \] bei \(C=0\) existiert eine nichttriviale Lösung, wenn \(\operatorname {Rang} Q<m_1n_1\).
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