- •Билет №1 Система линейный уравнений, структура общего решения однородных и неоднородных систем.
- •Билет №2 Метод Гаусса решения систем линейных уравнений, свободные и базисные неизвестные, запись общего решения.
- •Билет №3 Система линейных уравнений, критерий совместности.
- •Билет №4 Система линейных уравнений, критерий существования ненулевого решения у однородных систем.
- •Билет №15 Собственный вектор линейного оператора, линейная независимость собственных векторов, отвечающих различным собственным значениям, диагональный оператор, достаточное условие.
- •Билет №16 Нахождение собственных векторов, характеристическое уравнение.
- •Билет №17. Диагонализация матрицы, критерий диагонализируемости.
- •Билет №18 Билинейные формы, матрица Грамма, координатное выражение билинейной формы.
- •Билет №19 Квадратичная форма, существование порождающей ее единственной симметричной билинейной формы.
- •Билет № 24 Аксиомы евклидова пространства, примеры евклидовых пространств.
- •Билет №25 Неравенство Коши – Буняковского и треугольника.
- •Билет №29 Спектральная теорема, диагонализируемость симметричной матрицы
- •Билет №30 Приведение квадратичной формы к каноническому виду ортогональным преобразованием координат.
Билет № 24 Аксиомы евклидова пространства, примеры евклидовых пространств.
Евклидово
пространство. Пусть Е – вещественное
линейное пространство и пусть каждый
вектор x,y
Е поставлен в соответствующее число
x,y
число =(x,y)
и называется абстрактным скалярным
произведением, причем так, что выполняются
следующие условия: 1) (x,y)=(y,x);
2) (x1+x2,
y)=(x1,y)+(x2,y);
3) (
x,y)=
(x,y);
4) (x,x)>0
0<>x
E;
Тогда Е называется евклидовым пространством
вещественным линейным с заданной на
нем симметричной определенной билинейной
формой, называемой абстрактным, скалярным
произведением. 1) Е=V
(x,y)=det
x*y=|x||y|cos(xy)^;
2) E=R3,
x
= (x1/x2/x3),
y=(y1/y2/y3)
A=
;
(x,y)
=
=xtAy;
1),2),3) -
выполнено очевидно, 4) выполнено из-за
критерия Сильвестра. 3) L=Rn;
A=
;
- симметрична (Аt=A);
x
= (x1/…/xn),
y=(y1/…/yn);
(x,y)
=
=xtAy;
Условия 1, 2, 3 – очевидно. Все
i
>0 =>
выполняется 4. А=Е=(x,y)=x1y1+x2y2+…+xnyn.
Билет №25 Неравенство Коши – Буняковского и треугольника.
Каноническое скалярное произведение в Rn :
E(x,y) x E sqrt(x,x)=||x|| - норма вектора x E; 1) ||x||>=0 и =0 x=0; 2) || x||=|| ||x||; Док-во: || x||=sqrt( x, x), sqrt( 2(x,x))= sqrt( 2)sqrt(x,x)=| |||x||; 3) Неравенство Коши – Буняковского. E, (x,y); |(x,y)|<=||x|| ||y|| [(x,y)2 <=(x,x)(y,y)]. Док-во: t R 0<=(tx+y, tx+y) = t2 (x,x)+(y,tx)+(tx,y)+(y,y)=t2(x,x)+t(y,x)+t(x,y)+(y,y)=t2(x,x)+2t(x,y)+(y,y). Итак t2(x,x)+2t(x,y)+(y,y)>=0 t R; D=4(x,y)2-4(x,x)(y,y)<=0; (x,y)2<=(x,x)(y,y), ч.т.д. 4) Неравенство треугольника. ||x+y||2 = ||x|| + ||y||; Док-во: ||x+y||2=(x+y,x+y)=(x,x)+(x,y)+(y,x)+(y,y)=||x||2 + 2(x,y)+||y||2<=||x||2+2||x||||y||+||y||2=(||x||+||y||)2 =>sqrt||x+y||<=||x||+||y||, ч.т.д.; |(x,y)|<=||x||||y|| & (x,y) <= |(x,y)|}=> (x,y) <=||x||||y||;
Билет №26 Ортогональные и ортонормированные системы, метод ортогонализации.
1) x,y
E,
(x,y)=0;
x
и y
ортогональны x
y
2) Угол между
векторами cos(x,y)^=det
;
Замечание:
|
|<=1
см. неравенство К-Б; косинус угла определен
корректно. 3) E,
x1,
x2,
…,xn
– собственные вектора ортогональной
системы (xi,xj)=0
i<>j;
4) Ортонормированная система (о.н.с.)
x1,…,xn
– о.н.с. (xi,
xj)={0,
при i<>j;
&1, при i=j.
Док-во: E
Э x1,…,xn
– ортогональная система. a1x1+
a2x2+…+
anxn=0;
(x1,a1x1+
a2x2+…+
anxn)=(x1,0)
Все xi<>0
Алгоритм ортогонализации Грамма –
Шмидта. Dim
L=n
f1,…,fn
– произвольный базис в Е; f1,f2,…,fn
e1,…,en
–
ортонормированный базис. Замечание
(нормировка) E
Э x<>0
xo=
x/||x||;
||xo||=1;
1 шаг) e1=(f1)o;
2 шаг) e2=(f2-(f2,e1)e1)o;
Проверка e1
e2;
(e1,f2-(f2,e1)e1)=(e1,f2)
– (f2,e2)(e1,e1)(=1)=0,
ч.т.д. ( )o
не меняет дело. 3 шаг) e1,
e2
уже построены; 1= (e1,e2)=(e2,e2);
(e1,e2)=0;
e3=((f3-(f3,e1)e1-(f3,e2)e2)o)(=g3);
e1
g3;
e2
g3
(e1,g3)=(e1,f3)-(f3,e1)(e1,e1)(=1)-(f3,e2)(e1,e2)=0;
(e2,g3)=…=0
=> e3
e1,
e2,
и.т.д. k-й
шаг) е1,e2,e3,…,ek-1
–уже построены. ek
=(fk-
)
проверка ортогонализации еk
e1,e2,…,ek-1
k=n
=> end;
Билет №27/28 Симметричный/ортогональный оператор и матрица, критерий симметричности/ортогональности оператора левого умножения
А – nxn симметричны det At=A; ортогональны det At=A-1; Замечание (эквивалентные условия ортогональности) Строки и столбцы матрицы А образуют ортонормированную систему, как векторы в пространстве Rn с каноническим скалярным произведением. 1) At=A-1 Rn Э x,y, x=(x1/…/xn), y=(y1/…/yn); (x,y)=x1y1+…+xnyn=xty – каноническое скалярное произведение. Определение: Симметричные и ортогональные операторы. E, (x,y) , - л.о. в Е симметричен det( (x),y)=(x, (y)); ортогонален det ( (x), (y))=(x,y) x,y E; 1) E=Rn Э x,y, x=(x1/…/xn), y=(y1/…/yn); (x,y)=x1y1+…+xnyn=xty A – nxn LA – оператор левого умножения. LA(x)=Ax, тогда А – симметрична => LA – симметричный оператор; А – ортогональна => LA – ортогональный оператор. Док-во: 1) A – симметрична, A=At; (LA(x),y)=(Ax,y)=(Ax)ty=xtAt(=A)y=xt(Ay)=xtLAy=(x,LA(y)) => симметричный оператор; 2) А – ортогональная матрица At=A-1 (LA(x), LA(y))=(Ax,Ay)=(Ax)tAy=xt(AtA=E)y=xty=(x,y) =>LA ортогональный оператор.
