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

Podobné dokumenty
2. Diferenciální počet funkcí více proměnných

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

DERIVACE FUKNCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Ohraničená Hessova matice ( bordered hessian ) je. Sestrojíme posloupnost determinantů (minorů):

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

9. přednáška 26. listopadu f(a)h < 0 a pro h (0, δ) máme f(a 1 + h, a 2,..., a m ) f(a) > 1 2 x 1

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Matematika 5 FSV UK, ZS Miroslav Zelený

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy teorie funkcí více proměnných. študenti MFF 15. augusta 2008

8.1. Určete všechny lokální extrémy funkce f(x, y) = x 2 + arctg 2 x + y 3 + y, x, y R.

1 Funkce dvou a tří proměnných

IX. Vyšetřování průběhu funkce

= 2x + y, = 2y + x 3. 2x + y = 0, x + 2y = 3,

Funkce dvou a více proměnných

10 Funkce více proměnných

Kapitola 4: Extrémy funkcí dvou proměnných 1/5

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

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

Matematická analýza pro informatiky I. Extrémy funkcí více proměnných

verze 1.3 x j (a) g k 2. Platí-li vztahy v předchozím bodu a mají-li f, g 1,..., g s v a diferenciál K = f + j=1

7.1 Extrémy a monotonie

Matematika pro informatiky

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

Řešení 1b Máme najít body, v nichž má funkce (, ) vázané extrémy, případně vázané lokální extrémy s podmínkou (, )=0, je-li: (, )= +,

12. Funkce více proměnných

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

Jméno... Cvičení den... hodina... Datum...rok... Počet listů... Varianta A

Zlín, 23. října 2011

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

2.6. VLASTNÍ ČÍSLA A VEKTORY MATIC

2.5 Kvazikonvexní, kvazikonkávní funkce. Funkce f se nazývá kvazikonvexní, resp. kvazikonkávní, pokud pro každé reálné číslo k je množina

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

verze 1.4 Ekvivalentní podmínkou pro stacionární bod je, že totální diferenciál je nulový

Matematika B 2. Úvodní informace

1. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE DVOU PROMĚNNÝCH

Soustava m lineárních rovnic o n neznámých je systém

Diferenciální počet funkcí více proměnných

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

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

Napište rovnici tečné roviny ke grafu funkce f(x, y) = xy, která je kolmá na přímku. x = y + 2 = 1 z

AVDAT Vektory a matice

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Michal Bulant. Masarykova univerzita Fakulta informatiky

Extrémy funkce dvou proměnných

Uzavřené a otevřené množiny

Průběh funkce 1. Průběh funkce. Při vyšetření grafu funkce budeme postupovat podle následujícího algoritmu:

Matematika B101MA1, B101MA2

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

Stručný přehled učiva

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Průběh funkce ZVMT lesnictví 1 / 21

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

Vlastní číslo, vektor

[1] Motivace. p = {t u ; t R}, A(p) = {A(t u ); t R} = {t A( u ); t R}

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

Co je obsahem numerických metod?

Nelineární optimalizace a numerické metody (MI NON)

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

Obsah. Matematika. Obsah. Ljapunovova metoda. Volba LF

Diferenciální rovnice 3

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Diferenciální počet VY_32_INOVACE_M0216.

Základy matematiky pro FEK

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

Derivace a monotónnost funkce

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Matematika V. Dynamická optimalizace

Diferenciál funkce dvou proměnných. Má-li funkce f = f(x, y) spojité parciální derivace v bodě a, pak lineární formu (funkci)

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

Soustavy lineárních rovnic

Globální extrémy (na kompaktní množině)

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

2. spojitost (7. cvičení) 3. sudost/lichost, periodicita (3. cvičení) 4. první derivace, stacionární body, intervaly monotonie (10.

Globální extrémy. c ÚM FSI VUT v Brně. 10. ledna 2008

Matematika II Extrémy funkcí více promìnných

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

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

Determinanty. Obsah. Aplikovaná matematika I. Pierre Simon de Laplace. Definice determinantu. Laplaceův rozvoj Vlastnosti determinantu.

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

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

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

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

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Jedná se o soustavy ve tvaru A X = B, kde A je daná matice typu m n,

Drsná matematika III 2. přednáška Funkce více proměnných: Aproximace vyšších rádů, Taylorova věta, inverzní zobrazení

x 2(A), x y (A) y x (A), 2 f

Matematika 2 Průběh funkce

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

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

Drsná matematika III 2. přednáška Funkce více proměnných: Aproximace vyšších rádů, Taylorova věta, inverzní zobrazení

21. Úvod do teorie parciálních diferenciálních rovnic

1.13 Klasifikace kvadrik

Transkript:

1 Vlastní (charakteristická) čísla a vlastní (charakteristické) vektory matice Pro zadanou čtvercovou matici A budeme řešit maticovou rovnici A x = λ x, kde x je neznámá matice o jednom sloupci (sloupcový vektor) a λ je neznámé komplexní číslo. Komplexní číslo λ, pro které má rovnice nenulové řešení x, se nazývá vlastní (charakteristické) číslo matice A. Nenulový vektor x, který je řešením rovnice, se nazývá vlastní (charakteristický) vektor matice A. Maticovou rovnici lze upravit na tvar A x λ x = ō (A λj) x = ō, jedná se nyní o homogenní soustavu lineárních rovnic. Ta má nenulové (netriviální) řešení, právě když její matice je singulární, neboli když má nulový deteminant. Vlastní čísla lze tedy získat řešením charakteristické rovnice: A λj = 0.

2 Vlastní čísla k. f. Platí: Symetrickou matici A lze převést na kanonický tvar D, kde na diagonále D jsou vlastní čísla A. Pak můžeme podle vlastních čísel určit typ KF. Maticový zápis kvadratické formy k( x) = k(x 1, x 2,..., x n ) = xa x T. Platí: Pro každou symetrickou matici A existuje regulární matice R a diagonální matice D, že R T AR = D. Matice D je kanonický tvar matice A.

3 2. Diferenciální počet funkcí více proměnných 2.1. Druhé parciální derivace funkce více proměnných Mějme reálnou funkci n reálných proměnných. Značme X = [x 1,..., x n ], f(x) = f(x 1,..., x n ). Parciální derivace 2. řádu 2. parciální derivace funkce f podle proměnných x i a x j je parciální derivace podle proměnné x j stanovená z funkce f. Vypočteme ji tedy tak, že funkci x i f nejprve zderivujeme podle x i a pak podle x j : x i x j = Pořadí derivování x j ( ) f. x i P o z n á m k a Pokud jsou všechny druhé parciální derivace funkce f v okolí bodu X spojitými funkcemi, nezáleží při výpočtu druhé parciální derivace na pořadí derivování, tj. (X) = 2 f (X). x j x i x i x j

4 Hessova matice Druhé parciální derivace zapisujeme do tzv. Hessovy matice:, 2 f x 2 x 1 1 x 2... H f = x 2 x 1, 2 f... x 2 2............ x n x 1, 2 f x n x 2... x 1 x n x 2 x n x 2 n. Podle předchozí poznámky je pro vhodné funkce Hessova matice symetrická podle hlavní diagonály. 2.2. Konvexní, konkávní funkce Množina M je konvexní, pokud s každými dvěma body body x, y obsahuje i každý bod tx+(1 t)y pro t (0, 1). Funkce f je (ryze) konvexní, rep. konkávní na konvexní množině M D(f), pokud pro každé x, y M, t (0, 1) platí: (<) f(tx + (1 t)y) tf(x) + (1 t)f(y), (>) resp. f(tx + (1 t)y) tf(x) + (1 t)f(y).

Platí: Funkce je v konvexní množině M ryze konvexní, resp. ryze konkávní, jakmile je Hessova matice pozitivně, resp. negativně definitní ve všech bodech M. Je-li v nějakém bodě otevřené konvexní množiny M lokální minimum (maximum) dané funkce, jde zárověň o (globální, absolutní) minimum (maximum) vzhledem k M. 2.3. Volné extrémy funkcí více proměnných Funkce má v bodě C lokální maximum (minimum), má-li tam maximum (minimum) vzhledem k nějakému okolí bodu C. Funkce musí být na příslušném okolí bodu C definovaná. Je tedy bod C určitě vnitřním bodem definičního oboru funkce. Nutná podmínka lokálního extrému Má-li funkce f lokální extrém v bodě C, ve kterém existují všechny parciální derivace, jsou nutně všechny parciální derivace v tomto bodě nulové. P o z n á m k a Nulové hodnoty parciálních derivací jsou nutnou, ne však postačující podmínkou pro lokální extrém. Pokud v takovém bodě lokální extrém nenastává (a 2. parciální derivace jsou v okolí tohoto bodu spojité), říkáme, že v tomto bodě nastává sedlo dané funkce. 5

6 Podezřelé body Podezřelé body (z lokálních extrémů) jsou tedy body, ve kterých je každá parciální derivace nulová (nebo neexistuje - takové příklady nebudeme počítat). Postačující podmínka lokálního extrému Nechť ve vnitřním bodě C definičního oboru funkce f platí pro všechna i = 1, 2,..., n f x i (C) = 0, a funkce f má v okolí bodu C spojité 2. parciální derivace. (a) Pokud je Hessova matice H(C) indefinitní, v bodě C má funkce f sedlo. (b) Pokud je Hessova matice H(C) pozitivně definitní, má v bodě C funkce f lokální minimum. (c) Pokud je Hessova matice H(C) negativně definitní, má v bodě C funkce f lokální maximum. P o z n á m k a V případě, že determinant Hessovy matice je v uvažovaném bodě C nulový, nelze použít postačující podmínku lokálního extrému, extrém může a nemusí v daném bodě nastat. P o z n á m k a Je-li H(X) pozitivně (negativně) definitní pro všechna X z konvexní množiny M, jde o absolutní extrém vzhledem k M.

7 2.4. Vázané extrémy funkcí více proměnných Vázané extrémy jsou extrémy funkce f (n proměnných) vzhledem k množině popsané rovnicemi g 1 (X) = 0, g 2 (X) = 0,..., g r (X) = 0, r < n. Rovnice g i (X) = 0 se nazývají vazební rovnice, množina všech řešení této soustavy rovnic (tj. množina, na které hledáme extrémy) se nazývá vazba. Metoda Lagrangeových multiplikátorů Její princip spočívá v tom, že podezřelé body hledáme jako body vazby, v nichž má tzv. Lagrangeova funkce (viz dále) parciální derivace podle všech proměnných rovny nule. Sestrojíme tzv. Lagrangeovu funkci (ozn. L): L(λ 1,..., λ r, x 1,..., x n ) = = f(x 1,..., x n )+λ 1 g 1 (x 1,..., x n )+...+λ n g r (x 1,..., x n ), kde λ 1,..., λ r jsou zatím neznámé konstanty (tzv. Lagrangeovy multiplikátory). Vypočítáme parciální derivace funkce L podle všech proměnných a položíme = 0; spolu s vazebními rovnicemi tvoří tyto rovnice soustavu n + r (obvykle nelineárních). Jejím řešením obdržíme podezřelé body.

8 Platí: Má-li funkce L(x 1,..., x n ) (n proměnných) lokální minimum (maximum) v bodě [c 1,..., c n ], pak má v tomto bodě funkce f vázané lokální minimum (maximum). Platí: Je-li navíc f ryze konvexní, resp. ryze konkávní na konvexní vazbě, např. přímce, jedná se zároveň o vázaný globální extrém.