AVDAT Vektory a matice

Podobné dokumenty
Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

AVDAT Mnohorozměrné metody metody redukce dimenze

Základy matematiky pro FEK

Operace s maticemi

Operace s maticemi. 19. února 2018

Množinu všech matic typu m n nad tělesem T budeme označovat M m n (T ), množinu všech čtvercových matic stupně n nad T pak M n (T ).

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

Kapitola 11: Vektory a matice:

Matematika B101MA1, B101MA2

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

vyjádřete ve tvaru lineární kombinace čtverců (lineární kombinace druhých mocnin). Rozhodněte o definitnosti kvadratické formy κ(x).

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Všechno, co jste kdy chtěli vědět o maticích, ale báli jste se zeptat

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

Zdrojem většiny příkladů je sbírka úloh 1. cvičení ( ) 2. cvičení ( )

Determinanty. Determinanty. Přednáška MATEMATIKA č. 3. Jiří Neubauer

0.1 Úvod do lineární algebry

PROSTORY SE SKALÁRNÍM SOUČINEM. Definice Nechť L je lineární vektorový prostor nad R. Zobrazení L L R splňující vlastnosti

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

0.1 Úvod do lineární algebry

8 Matice a determinanty

Kapitola 11: Vektory a matice 1/19

Lineární algebra - I. část (vektory, matice a jejich využití)

příkladů do cvičení. V textu se objeví i pár detailů, které jsem nestihl (na které jsem zapomněl) a(b u) = (ab) u, u + ( u) = 0 = ( u) + u.

Úvod do lineární algebry

Program SMP pro kombinované studium

Čtvercové matice. Čtvercová matice je taková matice, jejíž počet řádků je roven počtu jejích sloupců

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

Matice. Přednáška MATEMATIKA č. 2. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno kancelář 69a, tel

15 Maticový a vektorový počet II

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

1 Vektorové prostory.

(2) [B] Nechť G je konečná grupa tvořena celočíselnými maticemi roměru 2 2 s operací násobení. Nalezněte všechny takové grupy až na izomorfizmus.

Symetrické a kvadratické formy

7. Lineární vektorové prostory

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

2.6. VLASTNÍ ČÍSLA A VEKTORY MATIC

MATEMATICKÉ PRINCIPY VÍCEROZMĚRNÉ ANALÝZY DAT

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

Matice. Modifikace matic eliminační metodou. α A = α a 2,1, α a 2,2,..., α a 2,n α a m,1, α a m,2,..., α a m,n

Vlastní čísla a vlastní vektory

2 Vektorové normy. Základy numerické matematiky - NMNM201. Definice 1 (Norma). Norma je funkcionál splňující pro libovolné vektory x a y a pro

Aplikovaná numerická matematika - ANM

Četba: Texty o lineární algebře (odkazy na webových stránkách přednášejícího).

Linearní algebra příklady

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

Slovo ALGEBRA pochází z arabského al-jabr, což znamená nahrazení. Toto slovo se objevilo v názvu knihy

Vlastní čísla a vlastní vektory

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

ftp://math.feld.cvut.cz/pub/olsak/linal/

z textu Lineární algebra

Dnešní látka Opakování: normy vektorů a matic, podmíněnost matic Jacobiova iterační metoda Gaussova-Seidelova iterační metoda

1. Matice a maticové operace. 1. Matice a maticové operace p. 1/35

11. Skalární součin a ortogonalita p. 1/16

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Skalární součin je nástroj, jak měřit velikost vektorů a úhly mezi vektory v reálných a komplexních vektorových prostorech.

5. Maticová algebra, typy matic, inverzní matice, determinant.

1. Algebraické struktury

ekologie Pavel Fibich Vektor a Matice Operace s maticemi Vlastnosti matic Pavel Fibich Shrnutí Literatura

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

1/10. Kapitola 12: Soustavy lineárních algebraických rovnic

12. Determinanty. 12. Determinanty p. 1/25

Četba: Texty o lineární algebře (odkazy na webových stránkách přednášejícího).

ČTVERCOVÉ MATICE. Čtvercová matice je taková matice, kde počet řádků je roven počtu jejích sloupců. det(a) značíme determinant čtvercové matice A

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Eukleidovský prostor a KSS Eukleidovský prostor je bodový prostor, ve kterém je definována vzdálenost dvou bodů (metrika)

Vlastní (charakteristická) čísla a vlastní (charakteristické) Pro zadanou čtvercovou matici A budeme řešit maticovou

a + b + c = 2 b + c = 1 a b = a 1 2a 1 + a a 3 + a 5 + 2a 2 + a 2 + a

Vektory a matice. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Vektory a matice. Jiří Militký. Katedra textilních materiálů Technická Universita Liberec,

Katedra textilních materiálů Technická Universita Liberec,

Podobnost matic. Definice 8.6. Dány matice A, B M n (C). Jestliže existuje regulární matice P M n (C) tak,

Matice ze všech stran

Soustavy lineárních rovnic

Lineární zobrazení. 1. A(x y) = A(x) A(y) (vlastnost aditivity) 2. A(α x) = α A(x) (vlastnost homogenity)

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

α 1 α 2 + α 3 = 0 2α 1 + α 2 + α 3 = 0

KIV/ZI Základy informatiky MS EXCEL MATICOVÉ FUNKCE A SOUHRNY

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

1. LINEÁRNÍ ALGEBRA Vektory Operace s vektory... 8 Úlohy k samostatnému řešení... 8

LINEÁRNÍ ALGEBRA - KMA/LA. Roman HAŠEK

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

1 Determinanty a inverzní matice

Vlastní číslo, vektor

7 Analytické vyjádření shodnosti

A0B01LAA Lineární algebra a aplikace (příklady na cvičení- řešení)

ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

Soustavy lineárních rovnic a determinanty

Transkript:

AVDAT Vektory a matice Josef Tvrdík Katedra informatiky Přírodovědecká fakulta Ostravská univerzita

Vektory x = x 1 x 2. x p y = y 1 y 2. y p Řádkový vektor dostaneme transpozicí sloupcového vektoru x T = [x 1,, x p ] Sčítání (odčítání) vektorů stejný rozměr Rovnost dvou vektorů rovnost v3ech odpovídajících prvků

Skalární součin, norma Specilelně x T x = p i=1 x i 2 x T y = y T x = p x i y i i=1 Norma vektoru je x = x T x = p i=1 x 2 i Kosinus směrového úhlu dvou vektorů je pak cos α = x T y x y Je-li cos α = 0, tj. x T y = 0, pak říkáme, že vektory jsou ortogonální.

Matice Matice typu (n p) (matice budeme označovat velkými tučnými písmeny): x 11 x 12 x 1p x 21 x 22 x 2p X =...... x n1 x n2 x np Matice A, B lze sčítat (a odčítat), pokud jsou stejného typu (n p). A + B = C Matice C je opět typu (n p) a pro její prvky platí c ij = a ij + b ij

Matice- násobení Matice A, B lze násobit, pokud jsou typu (n p) a (p m). AB = C Matice C je typu (n m) a pro její prvky platí c ij = p a ik b kj k=1 Stejné pravidlo užít i pro násobení matice vektorem. Pak např. soustavu lineárních rovnic můžeme zapsat jako Ay = b. Přesvědčte se, že opravdu je to rovnost dvou vektorů, každý o délce rovné počtu řádků matice A.

Matice transponování Transponovaná matice X T vznikne z matice X tak, že zaměníme řádky a sloupce x 11 x 21 x n1 X T x 12 x 22 x n2 =...... x 1p x 2p x np X T je typu (p n). Je zřejmé, že platí (X T ) T = X. Pro transponování platí následující pravidla: (A + B) T = A T + B T (AB) T = B T A T

Matice - druhy, hodnost, inverzní matice Hodnost matice typu (m n) je h(c) min(m, n). Matice typu (n n) čtvercová matice řádu n. Symetrická matice je čtvercová matice, platí A T = A Diagonální matice je čtvercová matice, která má všechny prvky mimo hlavní diagonálu rovny nule. Jednotková matice je diagonální matice s jedničkami na hlavní diagonále. Označujeme ji I nebo I n, je-li nutno zmínit její rozměr. Stopa matice je součet diagonálních prvků Tr(A) = n i=1 a ii. Determinant matice označujeme A nebo det(a). Je to skalár. můžeme jeho hodnotu chápat jako míru nevyváženosti matice. Když A je typu 2 2, pak A = a 11 a 22 a 12 a 21.

Matice regulární, inverzní Matice A řádu n je regulární, když A 0. Pak existuje inverzní matice A 1, pro kterou platí A 1 A = AA 1 = I Když matice A řádu n je regulární ( A 0), pak hodnost matice je h(a) = n.

Matice inverzní Dále platí, že (A T ) 1 = (A 1 ) T (AB) 1 = B 1 A 1 Je-li matice A řádu 2 regulární, pak inverzní matice A 1 je [ ] A 1 a = 22 / a 12 /, a 21 / a 11 / kde = a 11 a 22 a 12 a 21, tj. determinant matice A.

Matice kvadratická forma Kvadratická forma matice je skalár x T Ax = n n a ij x i x j, x 0 i=1 j=1 Kvadratická forma je určena maticí A. Matice B, pro kterou platí b ii = a ii a současně b ij + b ji = a ij + a ji určuje tutéž kvadratickou formu. Existuje však jediná symetrická matice dané kvadratické formy.

Matice vlastní čísla a vlastní vektory A je čtvercová matice řádu n. Pak vlastní číslo (charakteristické číslo, eigenvalue) je takový skalár λ, aby u 0 platilo: Au = λu, u je vlastní (charakteristický) vektor. Rovnost platí pro každý vektor cu, c 0. Normované vektory (s normou rovnou jedné), v = cu, c = 1/ u. Rovnost pak můžeme přepsat na tvar (A Iλ)v = 0 Protože v 0, musí platit, že determinant matice v závorkách A Iλ = 0 Tento determinant je polynom n-tého stupně, řešení je λ 1, λ 2,, λ n a každému vlastnímu číslu odpovídá vlastní vektor v i.

Matice vlastní čísla a vlastní vektory Když A je symetrická matice, pak všechna vlastní čísla jsou reálná a vlastní vektory jsou ortogonální. v T i v i = 1 v T i v i = 0 i = 1, 2,, n i j Když vlastní vektory uspořádáme do matice V = [v 1, v 2,, v n ], pak V je ortogonální matice, tj. platí V T = V 1 a V T V = I.

Matice vlastní čísla a vlastní vektory Matici A můžeme diagonalizovat: λ 1 0 0 V T 0 λ 2 0 AV = L =...... 0 0 λ n Pak stopa matice A je rovna součtu jejích vlastních čísel, Tr(A) = n i=1 λ i a determinant matice A je roven součinu jejích vlastních čísel, A = λ 1 λ 2 λ n.

Matice pozitivně definitní, pozitivně semidefinitní Jestliže C je ortogonální matice a y = Cx, pak y T y = x T x Symetrická matice A je pozitivně definitní, jestliže kvadratická forma x T Ax > 0 pro každý vektor x 0. Pozitivně definitní matice má všechna vlastní čísla kladná. Když x T Ax 0, pak A je pozitivně semidefinitní. Když B je matice typu (n m), s hodností m, pak B T B je pozitivně definitní.

Matice pozitivně definitní, pseudoinverzní Jestliže A je pozitivně definitní, pak existuje regulární matice P taková, že P T AP = I a P T P = A 1 Pseudoinverzní matice A : Když A je matice typu (m n), pak A je typu (n m) a platí AA A = A A vždy existuje, ale není jednoznačně určena.

Derivace skalárního výrazu podle vektoru Je-li y = f (x 1, x 2,..., x n ), potom y x = y/ x 1 y/ x 2. y/ x n Derivace skalárního výrazu podle vektoru je vektor parciálních derivací.

Derivace skalárního výrazu podle vektoru Příklad: Vidíme, že a T x x = a T x/ x 1 a T x/ x 2. a T x/ x n a T x x = = xt a x = a. a 1 a 2. a n = a