URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Ефимов Н.В., Розендорн Э.Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия Обложка Ефимов Н.В., Розендорн Э.Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия
Id: 297402
1399 р.

Линейная алгебра и многомерная геометрия Изд. 5

URSS. 2023. 552 с. ISBN 978-5-9519-3789-6.
Типографская бумага
  • Твердый переплет

Аннотация

Предметом книги является объединенный курс линейной алгебры и многомерной аналитической геометрии. Главное место в ней занимают основы теории конечномерных линейных пространств и линейных преобразований. В книге изложена тензорная алгебра и на соответствующих примерах показаны ее приложения. На примере групп преобразований читатель познакомится с элементами теории групп. В последней главе дается введение в проективную геометрию.

Книга... (Подробнее)


Оглавление
top
Предисловие1
Введение9
Глава 1. Линейные пространства12
§ 1. Аксиомы линейного пространства12
§ 2. Примеры линейных пространств15
§ 3. Простейшие следствия из аксиом линейного пространства22
§ 4. Линейная комбинация. Линейная зависимость24
§ 5. Лемма о базисном миноре27
§ 6. Основная лемма о двух системах векторов30
§ 7, Ранг матрицы32
§ 8. Конечномерные и бесконечномерные пространства. Базис34
§ 9. Линейные операции в координатах37
§ 10. Изоморфизм линейных пространств39
§ 11. Соответствие между комплексными и действительными пространствами42
§ 12. Линейное подпространство44
§ 13. Линейная оболочка47
§ 14. Сумма подпространств. Прямая сумма51
Глава II Линейные преобразования переменных. Преобразования координат57
§ 1. Сокращенная запись суммирования57
§ 2. Линейное преобразование переменных. Произведение линейных преобразований переменных и произведение матриц60
§ 3. Квадратные матрицы и невырожденные преобразования64
§ 4. Ранг произведения матриц70
§ 5. Преобразование координат при изменении базиса72
Глава III. Системы линейных уравнений. Плоскости в аффинном пространстве76
§ 1. Аффинное пространство76
§ 2. Аффинные координаты78
§ 3. Плоскости80
§ 4. Системы уравнений первой степени84
§ 5. Однородные системы89
§ 6.Неоднородные системы96
§ 7. Взаимное расположение плоскостей100
§ 8. Системы линейных неравенств и выпуклые многогранники108
Глава IV. Линейные, билинейные и квадратичные формы119
§ 1. Линейные формы119
§ 2. Билинейные формы124
§ 3. Матрица билинейной формы128
§ 4. Квадратичные формы131
§ 5. Приведение квадратичной формы к каноническому виду методом Лагранжа134
§ 6. Нормальный вид квадратичной формы137
§ 7. Закон инерции квадратичных форм138
§ 8. Приведение квадратичной формы к каноническому виду методом Якоби140
§ 9. Положительно определенные и отрицательно определенные квадратичные формы143
§ 10. Определитель Грама. Неравенство Коши—Буняковского146
§ 11. Нулевое подпространство билинейной и квадратичной формы149
§ 12. Нулевой конус квадратичной формы152
§ 13. Простейшие примеры нулевых конусов квадратичных форм153
Глава V. Тензорная алгебра157
§ 1. Взаимные базисы. Контравариантные и ковариантные векторы157
§ 2. Тензорное произведение линейных пространств166
§ 3. Базис в тензорном произведении. Координаты тензора170
§ 4. Тензоры билинейных форм176
§ 5. Многовалентные тензоры. Произведение тензоров180
§ 6. Координаты многовалентных тензоров184
§ 7. Полилинейные формы и их тензоры186
§ 8. Симметрирование и альтернирование. Косые формы188
§ 9. Второй вариант изложения понятия тензорного произведения двух линейных пространств192
Глава VI. Понятие группы и некоторые его приложения199
§ 1. Группы и подгруппы. Распределение базисов на классы по данной подгруппе матриц. Ориентация199
§ 2. Группы преобразований. Изоморфизм и гомоморфизм групп206
§ 3. Инварианты. Осевые инварианты. Псевдоинварианты212
§ 4. Тензорные величины219
§ 5. Ориентированный объем параллелепипеда. Дискриминантный тензор224
Глава VII Линейные преобразования линейных пространств230
§ 1. Общие сведения230
§ 2. Линейное преобразование как тензор233
§ 3. Геометрический смысл ранга и определителя линейного преобразования. Группа невырожденных линейных преобразований237
§ 4. Инвариантные подпространства240
§ 5. Примеры линейных преобразований242
§ 6. Собственные векторы и характеристический многочлен преобразования249
§ 7, Основные теоремы о характеристическом многочлене и собственных векторах252
§ 8. Нильпотентные преобразования. Общая структура вырожденных преобразований255
§ 9. Канонический базис нильпотентного преобразования259
§ 10. Приведение матрицы преобразования к жордановой нормальной форме270
§ 11. .Преобразования простой структуры276
§ 12. Эквивалентность матриц278
§ 13. Формула Гамильтона—Кэли281
Глава VIII Пространства с квадратичной метрикой283
§ 1. Скалярное произведение283
§ 2. Норма вектора285
§ 3. Ортонормированные базисы287
§ 4. Ортогональная проекция. Ортогонализация289
§ 5. Метрический изоморфизм295
§ 6. R-ортогональные матрицы и R-ортогональные группы297
§ 7. Группа евклидовых поворотов301
§ 8. Группа гиперболических поворотов310
§ 9. Тензорная алгебра в пространствах с квадратичной метрикой320
§ 10. Уравнение гиперплоскости в пространстве с квадратичной метрикой328
§ 11. Евклидово пространство. Ортогональные матрицы. Ортогональная группа331
§ 12. Нормальное уравнение гиперплоскости в евклидовом пространстве337
§ 13. Объем параллелепипеда в евклидовом пространстве. Дискриминантный тензор. Векторное произведение339
Глава IX. Линейные преобразования евклидова пространства344
§ 1. Сопряженное преобразование344
§ 2. Лемма о характеристических корнях симметричной матрицы347
§ 3. Самосопряженные преобразования348
§ 4. Приведение квадратичной формы к каноническому виду в ортонормированном базисе355
§ 5. Совместное приведение к каноническому виду двух квадратичных форм357
§ 6. Кососопряженные преобразования361
§ 7. Изометричные преобразования364
§ 8. Канонический вид изометричного преобразования369
§ 9. Движение твердого тела с одной неподвижной точкой375
§ 10. Кривизна и кручение пространственной кривой377
§ 11. Разложение произвольного линейного преобразования в произведение самосопряженного и изометричного преобразований380
§ 12. Приложения к теории упругости. Тензор деформаций и тензор напряжений383
Глава X. Поливекторы и внешние формы387
§ 1. Альтернация387
§ 2. Поливекторы. Внешнее произведение393
§ 3. Бивекторы399
§ 4. Простые поливекторы410
§ 5. Векторное произведение414
§ 6. Внешние формы и действия над ними421
§ 7. Внешние формы и ковариантные поливекторы425
§ 8. Внешние формы в трехмерном евклидовом пространстве433
Глава XI. Гиперповерхности второго порядка438
§ 1. Общее уравнение гиперповерхности второго порядка438
§ 2, Изменение левой части уравнения при переносе начала координат439
§ 3, Изменение левой части уравнения при изменении ортонормированного базиса442
§ 4. Центр гиперповерхности второго порядка445
§ 5. Приведение к каноническому виду общего уравнения гиперповерхности второго порядка в евклидовом пространстве447
§ 6. Классификация гиперповерхностей второго порядка в евклидовом пространстве451
§ 7. Аффинные преобразования459
§ 8. Аффинная классификация гиперповерхностей второго порядка464
§ 9. Пересечение прямой с гиперповерхностью второго порядка. Асимптотические направления465
§ 10. Сопряженные направления468
Глава XII. Проективное пространство472
§ 1. Однородные координаты в аффинном пространстве. Бесконечно удаленные точки472
§ 2. Понятие проективного пространства476
§ 3. Связка плоскостей в аффинном пространстве487
§ 4. Центральное проектирование496
§ 5. Проективная эквивалентность фигур500
§ 6. Проективная классификация гиперповерхностей второго порядка507
§ 7. Пересечение гиперповерхности второго порядка и прямой. Поляры514
Приложение 1. Доказательство теоремы о классификации линейных величин524
Приложение 2. Эрмитовы формы. Унитарное пространство528
Литература544

ПРЕДИСЛОВИЕ К 3-МУ ИЗДАНИЮ
top

В середине 60-х годов в Киевском и Московском университетах линейная алгебра была выделена в самостоятельный предмет и в нее включена многомерная аналитическая геометрия.

Исторический курьез: в Москве кафедры алгебры и геометрии не могли договориться, кому из них за это взяться. Тогда академики П. С. Александров и А. Н. Колмогоров нашли нестандартный выход: обратиться к заведующему кафедрой математического анализа Н. В. Ефимову — крупному геометру и выдающемуся педагогу.

Опыт был успешным и получил распространение, в том числе и в технических университетах. Время показало правильность сделанного Н. В. Ефимовым отбора материала для учебника. Он был переиздан, переведен на другие языки. К сожалению, в текст закрался дефект, который был замечен не сразу (п. 4, § 7 гл. I); в данном издании он исправлен.

15 июня 2003 года

Э. Р. Розендорн


ПРЕДИСЛОВИЕ КО 2-МУ ИЗДАНИЮ
top

Во втором издании добавлено Приложение 2 «Эрмитовы формы. Унитарное пространство». Остальной текст переработке не подвергался.

Исправлена только одна неточность в формулировке на стр. 182, а также замеченные опечатки.

2 ноября 1973 года

Н. В. Ефимов,

Э. Р. Розендорн


ПРЕДИСЛОВИЕ К 1-МУ ИЗДАНИЮ
top

Настоящая книга задумана как учебник по объединенному курсу линейной алгебры и аналитической геометрии. Замысел книги возник в связи с лекциями Н. В. Ефимова, которые читались для студентов механико-математического факультета МГУ в 1964–1966 годах. Однако материал этих лекций подвергнут авторами полной переработке и значительно расширен.

Указанный лекционный курс проводился каждый раз во втором семестре (как и теперь проводится в МГУ) при четырех часах лекций и четырех часах практических занятий в неделю. В настоящей книге ему приблизительно соответствуют главы I–VI, §§ 1–7 главы VII и главы VIII, IX, XI. При этом §§ 8–13 главы VII, глава X и глава XII могут рассматриваться в виде трех независимых дополнений к отмеченным выше основным разделам. В МГУ этот материал не входит в объединенный курс второго семестра и сообщается с большей или меньшей степенью общности в других курсах. Например, тематика параграфов 8–13 гл. VII (приведение матриц к жордановой форме) входит в курс алгебры на третьем семестре.

С точки зрения авторов основная часть книги и дополнения различаются весьма условно. Книга имеет свою структуру, достаточно определенную внутренними связями между всеми ее разделами, независимо от распределения их по кафедрам и лекционным курсам (объединенным или раздельным, обязательным или факультативным). Что же касается выбора вошедших в книгу разделов, то авторы старались делать его с учетом потребностей других математических дисциплин, а также механики и физики. Мы надеемся, что весь материал книги окажется полезным. Материал этот к тому же вполне доступен. Во всяком случае, вся предварительная подготовка, которую мы предполагаем, может быть дана в первом семестре в курсах аналитической геометрии и алгебры, как бы просто они ни читались. Нужно лишь твердое знание элементарного материала по этим дисциплинам. В частности, для гл. XII желательно предварительное знакомство с проективными преобразованиями и проективными свойствами фигур на плоскости. Заметим еще, что в гл. X читатель ради упрощения дела может пропустить пункты 13–23 § 3, весь § 5 и п. 10 § 7. После этих сокращений материал гл. X может служить минимальной алгебраической основой для теории многомерного интегрирования.

В заключение отметим, что уже первые пять глав настоящей книги содержат материал, находящий широкие приложения в математике, механике, физике. Эти главы, дополненные отдельными вопросами из последующих глав, могут быть использованы при изучении математики в высших технических учебных заведениях с повышенной математической программой.

30 августа 1969 года

Н. В. Ефимов,

Э. Р. Розендорн


Об авторах
top
photoЕфимов Николай Владимирович
Выдающийся советский математик, член-корреспондент АН СССР. Родился в Оренбурге. Учился в Северо-Кавказском государственном университете (ныне Южный федеральный университет) и аспирантуре Московского государственного университета; его учителями были известные математики Д. Д. Мордухай-Болтовской, Я. С. Дубнов, В. Ф. Каган, уехавший из нацистской Германии в СССР Стефан Кон-Фоссен. В 1934–1941 гг. работал в Воронежском университете (с 1940 г. — профессор), в 1941–1943 гг. — в Воронежском авиационном институте. В 1943–1962 гг. работал заведующим кафедрой математики в Московском лесотехническом институте. В 1946–1956 гг. — профессор кафедры математики физического факультета МГУ. В 1957–1982 гг. заведовал кафедрой математического анализа механико-математического факультета МГУ; в 1962–1969 гг. был деканом факультета. Член редколлегии «Математической энциклопедии». Лауреат Ленинской премии (1966) и премии имени Н. И. Лобачевского (1951). Награжден орденом Трудового Красного Знамени (1953, 1971).

В область научных интересов Н. В. Ефимова входили дифференциальная геометрия и прикладная математика. Основные его труды относятся к геометрии и посвящены, в частности, теории деформации поверхностей и теории поверхностей отрицательной кривизны. Он исследовал изгибание куска поверхности вблизи точки уплощения и показал, что существуют аналитические поверхности, неизгибаемые ни в какой окрестности такой точки. Им была решена обобщенная проблема Гильберта о поверхностях, имеющих во всех точках отрицательную гауссову кривизну; получено обобщение на произвольные поверхности с отрицательной верхней границей на кривизну теоремы Гильберта о погружении плоскости Лобачевского. В теории уравнений с частными производными он разработал метод исследования нелинейных гиперболических систем. Он создал и возглавил московскую школу геометров, занятую разработкой вопросов геометрии «в целом».

photoРозендорн Эмиль Ренольдович
Кандидат физико-математических наук, доцент. Доцент кафедры дифференциальных уравнений механико-математического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Лауреат премии имени М. В. Ломоносова (1966). Заслуженный преподаватель Московского университета (2009).

В 1960 г. окончил механико-математический факультет МГУ, с 1961 г. начал преподавать в МГУ — вел курсы «Теория поверхностей» и «Математические задачи метеорологии». Занимался уравнениями в частных производных, возникающими в теории поверхностей, геометрией «в целом», модельными уравнениями метеорологии. За исследование качественных вопросов теории поверхностей отрицательной кривизны получил Ломоносовскую премию.

Среди его научных трудов — учебники «Линейная алгебра и многомерная геометрия», «Функции комплексного переменного», учебные пособия «Задачи по дифференциальной геометрии», «Пространственные кривые», «Теория поверхностей. Курс лекций».