🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

On the Similarity over the Ring of Integers of Certain Nilpotent Matrices of Maximal Rank

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper is devoted to the problem of matrix similarity recognition over the ring of integers for some families of matrices. Namely, nilpotent upper triangular matrices of maximal rank are considered such that only first and second superdiagonals of these matrices are non-zero. Several necessary conditions are obtained for similarity of such matrices to matrices of the form superdiag(a1,a2,...,an-1) with a single non-zero superdiagonal, that is a generalization of the Jordan cell Jn(0)=superdiag(1,1,...,1). These conditions are formulated in simple terms of divisibility and greatest common divisors of matrix elements. The result is obtained by reducing the problem of similarity recognition to the problem of solving in integers a system of linear equations and applying the known necessary similarity conditions for arbitrary matrices. Under some additional conditions on the elements a1,a2,...,an-1 of the first superdiagonal of matrix A, it is proven that the matrix A is similar to matrix superdiag(a1,a2,...,an-1) regardless of the values of the elements of the second superdiagonal. Moreover, for the considered matrices of the third and the fourth orders, easily verifiable necessary and sufficient similarity conditions are obtained describing their similarity to a matrix of the form superdiag(a1,a2,...,an-1).

About the authors

Sergey V. Sidorov

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: sesidorov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2883-6427

Ph. D. in Phys. and Math., Associate Professor, Department of Algebra, Geometry and Discrete Mathematics
Russian Federation, 23 Gagarina Av., Nizhny Novgorod 603022, Russia

German V. Utkin

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: german.utkingu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4794-2591

Laboratory Researcher, Artificial Intelligence Research Center
Russian Federation, 23 Gagarina Av., Nizhny Novgorod 603022, Russia

References

  1. R.A. Sarkisjan, "Conjugacy problem for sets of integral matrices", Math. Notes, 25:6 (1979), 419–426. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01230982
  2. F. J.Grunewald, Solution of the conjugacy problem in certain arithmetic groups, Word Problems II, 95, 1980, 101–139 DOI: https://doi.org/10.1016/S0049-237X(08)71335-1.
  3. B.Eick, T.Hofmann, E.A.O’Brien, "The conjugacy problem in GL(n, Z)", J. Lond. Math. Soc., 100:3 (2019), 731–756. DOI: https://doi.org/10.1112/jlms.12246
  4. D.Husert, Similarity of integer matrices, PhD Thesis, University of Paderborn, 2017, 147 p.
  5. S.Marseglia, "Computing the ideal class monoid of an order", J. Lond. Math. Soc., 101:3 (2019), 984–1007. DOI: https://doi.org/10.1112/jlms.12294
  6. J.Opgenorth, W.Plesken, T. Schulz, "Crystallographic algorithms and tables", Acta Cryst. Sect., 54:5 (1998), 517–531. DOI: https://doi.org/10.1107/S010876739701547X
  7. O.Karpenkov, "Multidimensional Gauss reduction theory for conjugacy classes of SL(n, Z)", J. Theor. Nombres Bordeaux, 25:1 (2013), 99–109.
  8. S.V. Sidorov, "Similarity of matrices with integer spectra over the ring of integers", Russian Math. (Iz. VUZ), 55:3 (2011), 77–84 (In Russ.).
  9. H.Appelgate, H.Onishi, "The similarity problem 3×3 integer matrices", Linear Algebra Appl., 42:2 (1982), 159–174. DOI: https://doi.org/10.2307/2043695
  10. S.V. Sidorov, "On similarity of matrices of third order over the ring of integers with reducible characteristic polynomial", Vestnik Nizhegorodsk. Univ., 2009, no. 1, 119–127 (In Russ.).
  11. S.V. Sidorov, Selection of effectively solvable classes in the problem of similarity of matrices over the ring of integers, PhD Dissertation, Nizhny Novgorod, 2015 (In Russ.).
  12. V.N. Shevchenko, S.V. Sidorov, "On the similarity of second-order matrices over the ring of integers", Russian Math. (Iz. VUZ), 50:4 (2006), 56–63 (In Russ.).
  13. S.V. Sidorov, E.E.Chilina, "On non-hyperbolic algebraic automorphisms of the torus", Zhurnal SVMO, 23:3 (2021), 295–307 (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15507/2079.6900.23.202103.295-307
  14. V.V.Gorbatsevich, "Compact solvmanifolds of dimension at most ≤ 4", Sib. Math. J, 50:2 (2009), 239–252.
  15. S.V. Sidorov, "On the similarity of certain integer matrices with single eigenvalue over the ring of integers", Math Notes, 105 (2019), 756–762 (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.1134/S0001434619050122
  16. M.Newman, Integral matrices, Academic Press, New York, 1972, 223 p.
  17. F. Lazebnik, "On systems of linear Diophantine equations", Mathematics Magazine, 69 (1996), 261–266. DOI: https://doi.org/10.2307/2690528
  18. A. Schrijver, Theory of linear and integer programming, Wiley, 1998, 464 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) Sidorov S.V., Utkin G.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».