הסבר על צורה אלכסונית מאת שירה גילת
Transcription
הסבר על צורה אלכסונית מאת שירה גילת
הצורה האלכסונית הקנונית יהי Rתחום ראשי ,נאמר שמטריציות ) A, B ∈ Mn (Rדומות אם קיימות מטריצות הפיכות P, Qכך ש .B = P AQ d1 d2 . .. משפט :כל מטריצה מעל תחום ראשי דומה למטריצה אלכסונית dn 0 עם .d1 |d2 | · · · |dn מה שמיוחד הוא שצורה זו היא יחידה ונקראת הצורה האלכסונית הקנונית .האיברים d1 , d2 , . . . , dnעצמם נקראים הגורמים האינווריאנטים והם יחידים עד כדי חברות. כזכור ,פעולות אלמנטריות על שורות\עמודות מטריצה שקול לכפל במטריצות אלמנטריות )שהן הפיכות( מימין ומשמאל) .להבהרה ,פעולות שורה אלמנטריות הן :כפל שורה בהפיך, הוספת כפולה של שורה אחת לשורה אחרת והחלפת שורות( .מעל שדות ,די לנו בזה כדי לקבל צורה רציונלית קנונית של המטריצה )זה נובע מכך שהמטריצות האלמנטריות יוצרות את התת חבורה של המטריצות ההפיכות(־ מעל סתם תחומי שלמות זה לא מספיק .מעל תחום ראשי כדי לקבל דירוג כל מה שצריך הוא את הפעולות האלמנטריות ומטריצות 2 × 2 הפיכות. אז איך זה עובד? נגדיר את האורך של כל איבר להיות הדרגה שלו )במקרה שזהו חוג אוקלידי( או מס' הגורמים הראשוניים שלו )במקרה הכללי של חוג ראשי( .נמצא את האיבר במטריצה שהוא בעל האורך המינימלי ונקרא לו .aע"י פעולות שורה ועמודה נעביר את aלהיות במקום ה ) (1, 1במטריצה .כעת ,מקרה ראשון הוא ש aמחלק כל איבר בשורה ובעמודה כל האיברים שם ע"י פעולות אלמנטריות ונקבל מטריצה הראשונהואז ניתן לאפס את a 0 ··· 0 0 ∗ ∗ ∗ , .מקרה שני הוא שיש איזשהו איבר bש aלא מחלק אותו־ מהצורה .. ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ 0 נניח שהוא במקום ה)) (1, 2אפשר להזיז אותו לשם( .אז נניח ש dהוא הממ"מ של כצירוף שלהם .d = αa + βb :אז ניתן לכפול במטריצה ההפיכה aו־ bונרשום אותו α −b/d a b α −b/d d 0 0 )כשמסתכלים = β a/dולקבל ∗ ∗ β a/d ∗ ∗ 0 I רק על הפינה השמאלית עליונה( .ממשיכים כך באינדוקציה על הבלוק המתקבל ע"י הסרה של השורה והעמודה הראשונה. מודולים מעל תחום ראשי n n n לכל מטריצה ) A · R = {Ax : x ∈ R } , A ∈ Mn (Rהוא תת־מודול של Rהנפרש ע"י העמודות של .Aלמעשה ,מעל תחום ראשי ,כל התתי־מודולים של Rnהם מהצורה הזאת. אם Rראשי ,אז כל מודול נוצר סופית הוא מהצורה MA = Rn /A · Rnלאיזשהו nו־ ) .A ∈ Mn (Rאת זאת ניתן לראות )ולחשב( באופן הבא: 1 .1נבחר קבוצה פורשת x1 , x2 , . . . , xnשל .M .2נגדיר אפימורפיזם של מודולים ּπ : Rn → Mלפי ) ei 7→ xiכלומר = ) π(r1 , r2 , . . . , rn .(r1 x1 + . . . + rn xn P הפורשת את הגרעין .Kerπ .3נמצא קבוצת וקטורים aij ei ∼ .M .4המטריצה ) A = (aijמקיימת Kerπ = A · Rnו־ = Rn /A · Rn ∼ Mנקראת מטריצת היחסים של עבור מודול Mנוצר סופית ,מטריצה Aהמקיימת = MA .M ∼ MAאם"ם המטריצות A, Bדומות. משפט= MB : המסקנה מהמשפט הוא שאחרי שמצאנו מטריצת יחסים ,ניתן להחליף אותה בצורה ∼ M הרציונלית .ואם d1 , . . . , dnהם הגורמים האינווריאנטים של המטריצה אז ⊕ = R/d1 R ) .. . . ⊕ R/dn Rשים לב שאם di = 0אז .(R/di R = R 2