Краткие теоретические сведения. 2 страница
Уравнениямимежотраслевого баланса, описывающими процесс производства и потребления продукции -отраслевой экономикой, называют уравнения
(
) , где
- объём выпуска валовой продукции
-ой отраслью,
- объём продукции
-ой отрасли, потребляемый
-ой отраслью для производства своей продукции,
- объём выпуска конечной продукции
-ой отраслью, предназначенной для реализации в непроизводственной сфере.
Если предположить, что (гипотеза линейности), где
- постоянные числа, характеризующие технологию производства (показывают затраты продукции
-ой отрасли на производство 1 единицы продукции
-ой отрасли) и называемые коэффициентами прямых затрат, то уравнения межотраслевого баланса запишутся в виде:
(
). Их называют уравнениями линейного межотраслевого баланса или линейной моделью Леонтьева многоотраслевой экономики и записывают, как правило, в матричном виде:
, где
- единичная матрица;
- матрица коэффициентов прямых затрат;
и
- векторы (матрицы-столбцы) валового и конечного продукта, соответственно.
Основная задача линейного межотраслевого баланса состоит в отыскании вектора , который при известной матрице прямых затрат
обеспечивает заданный вектор конечного продукта
. Вектор
находится по формуле
, где
- матрица коэффициентов полных затрат, элемент
которой показывает величину валового выпуска продукции
-ой отрасли, необходимой для обеспечения выпуска 1 единицы конечного продукта
-ой отрасли. Решение такой задачи существует только для продуктивных матриц
.
Матрица называется продуктивной, если для любого вектора
существует решение
уравнения Леонтьева:
.
Матрица будет продуктивной, если сумма элементов по каждому её столбцу (строке) не превосходит единицы:
, причём хотя бы для одного столбца (строки) эта сумма строго меньше единицы.
Чистой продукцией отрасли называется разность между валовой продукцией этой отрасли и затратами продукции всех отраслей на производство данной отрасли. Объёмы выпуска чистой продукции
-ой отрасли вычисляют по формулам:
(
).
Тема 4. Системы векторов. N-мерное векторное пространство. Евклидово пространство.
Арифметическим вектором называют упорядоченную совокупность из чисел:
и обозначают
. Числа
называют компонентами вектора
, число компонент называют его размерностью.
Векторы и
называют равными, если они одинаковой размерности и их соответствующие компоненты равны:
,
.
Суммой векторов и
одной размерности, называют вектор
той же размерности, для которого:
,
.
Произведением вектора на число
называют вектор
той же размерности, для которого:
,
.
Линейной комбинациейвекторов и
одной размерности, называют вектор
той же размерности (
и
- произвольные числа), для которого:
,
.
Множество всех -мерных векторов, в котором введены операции сложения и умножения на число, удовлетворяющие определённым требованиям (аксиомам) называют векторнымпространствоми обозначают
.
Систему векторов называют линейно зависимой, если найдутся числа
,
одновременно, такие, что
(где
- нулевой вектор), в противном случае, систему называют линейно независимой.
Базисом системы векторов называют упорядоченную систему векторов
, удовлетворяющую условиям:
1) ,
; 2) система
линейно независима; 3) для любого вектора
найдутся числа
такие, что
. Коэффициенты
, однозначно определяемые вектором
, называют координатами вектора в базисе
, а формулу называют разложениемвектора
по базису
и пишут:
.
В пространстве базисом является каждая упорядоченная система из
линейно независимых векторов:
. Формулу
называют разложениемвектора
по базису
, коэффициенты
- координатами вектора в базисе
и пишут
.
Всякая упорядоченная система из векторов
образует базис
, если определитель, столбцами которого являются компоненты векторов
, не равен нулю.
Пространство , в котором введено скалярное произведение векторов, удовлетворяющее определённым требованиям (аксиомам), называют евклидовым. Скалярным произведением двух векторов
и
называют число:
.
Тема 5. Линейные операторы. Собственные числа и векторы.
Операторомназывается закон (правило), по которому каждому вектору ставится в соответствие единственный вектор
, и пишут
или
В дальнейшем, рассматривается случай
(преобразование пространства
). Оператор
называется линейным, если для любых векторов
и действительных чисел
выполнено условие:
.
Если - базис пространства
, томатрицей линейного оператора
в базисе
называется квадратная матрица
порядка
, столбцами которой являются столбцы координат векторов
. Между линейными операторами, действующими в
и квадратными матрицами порядка
, существует взаимно однозначное соответствие, что позволяет оператор
представить в матричном виде
, где
- матрицы-столбцы координат векторов
,
- матрица оператора
в базисе
.
Для линейных операторов, действующих в вводятся следующие операции: 1) сложение операторов:
; 2) умножение операторов на число:
; 3) умножение операторов:
.
Обратным к оператору называется оператор
такой, что
, где
- единичный (тождественный)оператор, реализующий отображение
. Обратный оператор
существует только для невырожденных операторов
(операторов, матрица которых является невырожденной). Все, рассмотренные выше, действия над линейными операторами выполняют, выполняя аналогичные действия над их матрицами.
Пусть число и вектор
,
, таковы, что выполняются равенства:
или
. Тогда число
называется собственным числом линейного оператора
(или матрицы
), а вектор
- собственным вектором этого оператора (или матрицы), соответствующим собственному числу
. Равенство
может быть записано в виде
, где
- единичная матрица порядка
,
- матрица-столбец координат собственного вектора
, соответствующего собственному числу
,
- нулевая матрица-столбец.
Характеристическим уравнением оператора (или матрицы
) называется уравнение:
.
Множество собственных чисел оператора (или матрицы) совпадает с множеством корней его характеристического уравнения: , а множество собственных векторов, отвечающих собственному числу
, совпадает с множеством ненулевых решений матричного уравнения:
.
Тема 6. Квадратичные формы.
Квадратичной формой ( или кратко
) от
-переменных называется однородный многочлен второй степени с действительными коэффициентами:
, где
. Квадратичную форму всегда можно записать в матричном виде:
, где
- матрица квадратичной формы (являющаяся симметрической, так как выполняется условие
),
- матрица-столбец,
- матрица-строка, составленные из переменных
.
Квадратичная форма называется невырожденной, если её матрица является невырожденной.
Квадратичная форма называется канонической, если она имеет вид:
.
Всякую квадратичную форму всегда можно привести к каноническому виду, например, методами Лагранжа и ортогональных преобразований.
Квадратичные формы подразделяют на различные типы в зависимости от множества их значений. Квадратичная форма называется:
положительно (отрицательно) определённой, если для любого выполняется неравенство
(
); неотрицательно (неположительно) определённой, если для любого
выполняется неравенство
(
), причём существует
, для которого
; знакопеременной (или неопределённой), если существуют такие
и
, что
и
.
Невырожденная квадратичная форма может быть либо положительно определённой, либо отрицательно определённой, либо знакопеременной. Тип невырожденной квадратичной формы можно определить, проверяя знаки главных миноров матрицы квадратичной формы.
Пусть , где
- матрица квадратичной формы. Главными минорами матрицы
называются миноры порядка
( ), составленные из первых
строк и первых
столбцов матрицы:
,
,
,
.
Критерием знакоопределённости невырожденной квадратичной формы является критерий Сильвестра:
- квадратичная форма положительно определена тогда и только тогда, когда все главные миноры её матрицы положительны, т.е.
,
,
,
;
- квадратичная форма отрицательно определена тогда и только тогда, когда для всех главных миноров её матрицы выполняются неравенства:
,
,
,
,
(все миноры нечётного порядка отрицательны, а чётного – положительны) ;
- квадратичная форма знакопеременна тогда и только тогда, когда для главных миноров её матрицы выполняется хотя бы одно из условий: один из главных миноров равен нулю, один из главных миноров чётного порядка отрицателен, два главных минора нечётного порядка имеют разные знаки .
Тема 7. Векторная алгебра.
Вектором (геометрическим) называется направленный отрезок, задаваемый упорядоченной парой точек (началом и концом вектора). Обозначают вектор или
. Расстояние между началом и концом вектора называется его длиной и обозначается
или
. Углом между векторами
и
называется угол
,
, на который следует повернуть один из векторов, чтобы его направление совпало с направлением другого вектора, при условии, что их начала совпадают. Проекцией вектора
на вектор
называется число
.