CURS 11: ALGEBRĂ Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă.

Σχετικά έγγραφα
Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Curs 4 Serii de numere reale

Curs 2 Şiruri de numere reale

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Curs 1 Şiruri de numere reale

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

CURS 5 Spaţii liniare. Spaţiul liniar R n

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

3 FUNCTII CONTINUE Noţiuni teoretice şi rezultate fundamentale Spaţiul euclidian R p. Pentru p N *, p 2 fixat, se defineşte R

CURS XI XII SINTEZĂ. 1 Algebra vectorială a vectorilor liberi

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Sala: 2103 Octombrie 2014 CURS 1: ALGEBRĂ. Fie K corp comutativ cu elementul neutru la înmulţire notat prin 1 iar 0 la adunare.

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Lectia III Produsul scalar a doi vectori liberi

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

ELEMENTE DE GEOMETRIE. Dorel Fetcu

Spaţii vectoriale. Definiţia 1.1. Fie (K, +, ) un corp şi (V, +) un grup abelian.

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Sala: Octombrie 2014 SEMINAR 1: ALGEBRĂ. este un Q-spaţiu vectorial, faţă de operaţiile uzuale de adunare şi înmulţire cu un număr raţional.

Integrala nedefinită (primitive)

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

Algebră liniară CAPITOLUL 3

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Integrale cu parametru

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Geometrie computationala 2. Preliminarii geometrice

riptografie şi Securitate

GEOMETRIE ANALITICĂ. Mihai-Sorin Stupariu

Criptosisteme cu cheie publică III

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

Vladimir BALAN. Algebră Liniară, Geometrie Analitică, şi Elemente de Geometrie Diferenţială. Student Web Copy. = Bucureşti 2011 =

Teorema de punct fix a lui Banach

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Algebră liniară CAPITOLUL 1

2.9 Forme biafine Forme pătratice afine. Aducerea la forma canonică Centre de simetrie Varietăţi pătratice...

Subiecte Clasa a VII-a

Subiecte Clasa a VIII-a

NOŢIUNI INTRODUCTIVE

z a + c 0 + c 1 (z a)

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

Geometrie afină. Conf. Univ. Dr. Cornel Pintea

7.1 Exerciţii rezolvate Exerciţii propuse cu indicaţii şi răspunsuri Întrebări de autoevaluare... 74

Funcţii Ciudate. Beniamin Bogoşel

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Contract POSDRU/86/1.2/S/ POSDRU ID * Bucureşti 2012

Universitatea de Vest din Timişoara Facultatea de Matematicǎ şi Informaticǎ Departamentul de Informaticǎ. Simina Mariş Simona Epure Ioan Rodilǎ

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

Cursul 7. Spaţii euclidiene. Produs scalar. Procedeul de ortogonalizare Gram-Schmidt. Baze ortonormate

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

Teorema lui Peano de existenţă

Principiul Inductiei Matematice.

Capitolul 2. Integrala stochastică

GEOMETRIE ANALITICĂ. Gheorghe MUNTEANU, Adelina MANEA

CONCURSUL INTERJUDEȚEAN DE MATEMATICĂ TRAIAN LALESCU, 1998 Clasa a V-a

Algebra si Geometrie Seminar 9

Concursul Interjudeţean de Matematică Academician Radu Miron Vaslui, noiembrie Subiecte clasa a VII-a

Nicolae Cotfas ELEMENTE DE EDITURA UNIVERSITĂŢII DIN BUCUREŞTI

Capitolul 9. Geometrie analitică. 9.1 Repere

PROGRAMARE MATEMATICĂ SPAŢII NORMATE INFINIT DIMENSIONALE

CAPITOLUL 2 VECTORI LIBERI. 2.1 Segment orientat. Vector liber

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Seminar Algebra. det(a λi 3 ) = 0

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Criterii de comutativitate a grupurilor

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

6 n=1. cos 2n. 6 n=1. n=1. este CONV (fiind seria armonică pentru α = 6 > 1), rezultă

Ecuaţii parabolice şi hiperbolice

1 Serii numerice Definiţii. Exemple... 45

Siruri de numere reale

1.4 Schimbarea bazei unui spaţiu vectorial

2.3 Geometria analitică liniarăînspaţiu

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Matrice. Determinanti. Sisteme liniare

CAPITOLUL 4 FUNCŢIONALE LINIARE, BILINIARE ŞI PĂTRATICE

Lecţii de Analiză Matematică. Dan Bărbosu şi Andrei Bărbosu

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

Transcript:

Sala: 2103 Decembrie 2014 Conf. univ. dr.: Dragoş-Pătru Covei CURS 11: ALGEBRĂ Specializarea: C.E., I.E., S.P.E. Nota: Acest curs nu a fost supus unui proces riguros de recenzare pentru a fi oficial publicat. distribuit numai cu permisiunea autorului. El poate fi 11.1 Spaţii liniare euclidiene. Produs scalar real. Spaţiu euclidian. Produs scalar complex. Spaţiu unitar. Noţiunea de normă. Vom presupune că (X, K) este spaţiu vectorial. Definiţie 11.1.1 Spunem că aplicaţia <, >: X X K este un produs scalar pe X dacă are următoarele proprietăţi i) < x, y >= < y, x > oricare ar fi x, y X; ii) < x + y, z >=< x, z > + < y, z > oricare ar fi x, y, z X; iii) < αx, y >= α < x, y > oricare ar fi α K şi x, y X; iv) < x, x > 0 oricare ar fi x X şi < x, x >= 0 dacă şi numai dacă x = 0 X. Definiţie 11.1.2 Spaţiul vectorial (X, K) înzestrat cu un produs scalar <, > se numeşte spaţiu liniar euclidian. Remarcă 11.1.1 Dacă K = R atunci i) devine < x, y >=< y, x > oricare ar fi x, y X iar cuplul (X, <, >) se numeşte spaţiu vectorial euclidian real. Exemplul 11.1.1 Dacă X = R n, K = R, x = (x 1,..., x n ) T şi y = (y 1,..., y n ) T numit produsul scalar standard sau canonic. atunci < x, y >= n Σ i=1 x i y i este Exemplul 11.1.2 Dacă X = C [a, b] = {f : [a, b] R f este continuă} atunci < f, g >= b f (x) g (x) dx este a un produs scalar. Teoremă 11.1.1 Dacă (X, K) spaţiu vectorial real sau complex cu dim K X = n N şi <, >: X X K este produs scalar pe X atunci i) < 0 X, x >=< x, 0 X >= 0 oricare ar fi x X; ii) < x, y + z >=< x, y > + < x, z > oricare ar fi x, y, z X; iii) dacă K = C avem < x, αy >= α < x, y > oricare ar fi α C şi x, y X; iv) dacă K = R avem < x, αy >= α < x, y > oricare ar fi α R şi x, y X. Astfel că: Remarcă 11.1.2 Dacă K = C iar <, >: X X K este produs scalar (numit produs scalar complex) atunci <, > este liniar în prima variabilă şi conjugat liniar în a doua variabilă iar cuplul (X, <, >) se numeşte spaţiu vectorial euclidian complex sau simplu spaţiu unitar. 11-1

CURS 11: ALGEBRĂ 11-2 Definiţie 11.1.3 Produsul scalar complex se mai numeşte funcţională sesquiliniară hermitică. Remarcă 11.1.3 Produsul scalar real este o funcţională biliniară însă produsul scalar complex nu. Definiţie 11.1.4 Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian real. Scalarul x = < x, x > se numeşte lungimea (modulul, norma) vectorului x X. Remarcă 11.1.4 Notăm că x = 0 dacă şi numai dacă x = 0 X. 11.2 Vectori ortogonali. Baze ortogonale. Baze ortonormate. Teorema lui Pitagora. Inegalitatea Cauchy-Buniakovsky-Schwarz. Inegalitatea triunghiului. Procedeul de ortogonalizare Gram- Schmidt Definiţie 11.2.1 Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian. Următoarele sunt acceptate ca atare: i) vectorii x, y X se numesc ortogonali, notăm x y, dacă < x, y >= 0, ii) subspaţiul vectorial Y X se numeşte familie ortogonală dacă vectorii săi sunt ortogonali doi câte doi, adică < x, y >= 0 x, y Y cu x y, iii) subspaţiul vectorial Y X se numeşte familie ortonormată dacă este ortogonală şi fiecare element al său are norma egală cu unitatea, iv) o bază care are calităţile de la ii), iii) mai sus se numeşte bază ortogonală, respectiv bază ortonormată, v) x X se numeşte ortogonal pe Y, notăm y Y, dacă < x, y >= 0 y Y. Mulţimea Y = {x X < x, y >= 0 y Y }, o numim complementul ortogonal al lui Y în X (în raport cu <, >), vi) subspaţiile vectoriale Y 1, Y 2 X ai căror vectori sunt relativ ortogonali, adică y 1 Y 1 şi y 2 Y 2 avem < y 1, y 2 >= 0, spunem ca sunt subspaţii vectoriale ortogonale. Definiţie 11.2.2 Fie (X, <, >) un spaţiu vectorial euclidian şi y X cu y 0 fixat. Proiecţia ortogonală a lui x X pe y X, notată, pr y x, este definită prin iar numărul se numeşte mărimea algebrică a proiecţiei lui x pe y. pr y x = < x, y > < y, y > y < x, y > < y, y > Remarcă 11.2.1 Vectorul x pr y x este ortogonal pe pr y x. Teoremă 11.2.1 (Teorema lui Pitagora) Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian complex. Dacă < x, y >= 0 atunci x + y 2 = x 2 + y 2. Demonstraţie. Observăm că pentru că < x, y >=< y, x >= 0. x + y 2 = < x + y, x + y >=< x, x + y > + < y, x + y > = < x, x > + < y, y > + < x, y > + < y, x >= x 2 + y 2

CURS 11: ALGEBRĂ 11-3 Teoremă 11.2.2 (Inegalitatea Cauchy-Buniakovsky-Schwarz) Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian complex. Are loc < x, y > x y pentru orice x, y X. Demonstraţie. Rezultatul este clar dacă x = 0 X sau y = 0 X, altfel presupunem x = 0 respectiv y = 0 şi punem ( z = y 2 (x pr y x) = y 2 x < x, y > ) < y, y > y = y 2 x < x, y > y. Observăm că 0 < z, z >=< y 2 x < x, y > y, y 2 x < x, y > y > = y 4 < x, x > < x, y > y 2 < y, x > y 2 < x, y > < x, y >< x, y > + < x, y > < x, y > < y, y > = y 2 ( x 2 y 2 < x, y > 2 < x, y > 2 + < x, y > 2) = y 2 ( x 2 y 2 < x, y > 2) de unde rezultă inegalitatea. Remarcă 11.2.2 (Inegalitatea triunghiului) Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian complex. Pentru orice x, y X are loc x + y x + y. Demonstraţie. Observăm că unde am folosit faptul că x + y 2 =< x + y, x + y > x 2 + 2 x y + y 2 = ( x + y ) 2 < x, y > + < y, x >=< x, y > +< x, y > = 2Re (< x, y >) 2 < x, y > C. B. S. 2 ( x + y ). Remarcă 11.2.3 Dacă (X, <, >) este spaţiu vectorial euclidian real atunci 1 < x, y > / x y 1 şi deci există θ [0, π] astfel încât cos θ = <x,y> x y. Numim θ unghiul dintre x şi y. Definiţie 11.2.3 Fie (X, <, >) un spaţiu vectorial euclidian real finit dimensional, Y subspaţiu în X şi {u 1,..., u p } o bază ortogonală în Y. Proiecţia ortogonală a lui x X, x 0 pe Y, notată pr Y x (sau proi Y x), este definită prin pr Y x = < x, u 1 > < u 1, u 1 > u 1 +... + < x, u p > < u p, u p > u p. În fapt, pr Y x = {x 0 X x x 0 Y }. Teoremă 11.2.3 Dacă (X, <, >) este spaţiu vectorial euclidian atunci orice submulţime ortogonală formată din elemente nenule este liniar independentă. Dacă dim K X = n N, atunci orice submulţime ortogonală care conţine n elemente nenule este o bază a lui X. Teoremă 11.2.4 (Gram-Schmidt) Dacă (X, <, >) este spaţiu vectorial euclidian finit dimensional iar B 1 = {v 1, v 2,..., v n } este o bază în X atunci i) există o bază ortogonală B 2 = {w 1, w 2,..., w n } în X; ii) există o bază ortonormată B 3 = {y 1, y 2,..., y n } în X. Procedeul de ortogonalizare Gram-Schmidt Fie (X, <, >) spaţiu vectorial euclidian finit dimensional şi B 1 = {v 1, v 2,..., v n } bază în X.

CURS 11: ALGEBRĂ 11-4 Etapa 1. Folosim B 1 pentru a defini n vectori astfel w 1 = v 1 w 2 = v 2 pr w1 v 2 = v 2 < v 2, w 1 > < w 1, w 1 > w 1 w 3 = v 3 pr w1 v 3 pr w2 v 3 = v 3 < v 3, w 1 > < w 1, w 1 > w 1 < v 3, w 2 > < w 2, w 2 > w 2... w n = v n pr w1 v n... pr wn 1 v n = v n < v n, w 1 > < w 1, w 1 > w 1 < v n, w 2 > < w 2, w 2 > w 2... < v n, w n 1 > < w n 1, w n 1 > w n 1. Etapa 2. Mulţimea B 2 = {w 1, w 2,..., w n } este bază ortogonală în X. Etapa 3. Împărţind fiecare vector din B 2 prin lungimea sa obţinem o bază ortonormată pentru X : { B 3 = y 1 = w 1 w 1, y 2 = w 2 w 2,..., y n = w } n. w n 11.3 Noţiunea de distanţă, punct fix, contracţie. Teorema de punct fix Fie X φ şi X X = {(x, y) x X, y X }. Definiţie 11.3.1 Aplicaţia (funcţia) d : X X R + se numeşte distanţă (sau metrică) pe X, dacă: M1) d (x, y) = 0 x = y; M2) d (x, y) = d (y, x) x, y X (simetria); M3) d (x, y) d (x, z) + d (z, y) x, y, z X (inegalitatea triunghiului). Exemplul 11.3.1 Spaţiul metric R n. Funcţia d E : R n R n R + definită prin d E (x, y) = N (x k y k ) 2 (metrica euclidiană) k=1 unde x = (x 1,..., x n ) T şi y = (y 1,..., y n ) T sunt elemente arbitrare din R n este metrică pe R n. Definiţie 11.3.2 Fie d o distanţă pe X. Perechea ordonată (X, d) se numeşte spaţiu metric. 11.3.1 Convergenţa în spaţii metrice Fie (X, d) spaţiu metric. Definiţie 11.3.3 Se numeşte şir de puncte în X aplicaţia f : N k X unde N k = {n N n k, k N}. Punând f (n) = x n, unde x n X, şirul se notează prin (x n ) n k sau (x n ) sau simplu x n. Presupunem k = 0 în continuare. Definiţie 11.3.4 Spunem că şirul de puncte (x n ) din spaţiul metric (X, d) are limita x X dacă în afara oricărei vecinătăţi V x V x0 se află un număr finit de termeni ai şirului său, altfel spus, dacă mulţimea valorilor lui n N pentru care x n / V x este finită. Se scrie lim n x n = x sau x n d x pentru n sau xn d n x.

CURS 11: ALGEBRĂ 11-5 Teoremă 11.3.1 Şirul de puncte (x n ) n, x n (X, d) este convergent la x X şirul de numere reale nenegative (d (x n, x)) n este convergent la zero. 11.3.2 Şiruri fundamentale Fie (X, d) spaţiu metric şi (x n ) n N şir de puncte din X. Definiţie 11.3.5 (x n ) n N se numeşte şir fundamental, sau şir Cauchy dacă d (x n+p, x n ) n 0 p N. Propoziţie 11.3.1 Se poate demonstra cȧ: i) Orice şir convergent este un şir Cauchy. ii) iii) Orice şir Cauchy este mărginit. Orice şir Cauchy care conţine un subşir convergent este el însuşi convergent. Definiţie 11.3.6 Un spaţiu metric (X, d) se numeşte complet dacă orice şir Cauchy de elemente din X este convergent. Remarcă 11.3.1 Într-un spaţiu metric complet şirurile convergente sunt precis şirurile Cauchy. Remarcă 11.3.2 Spaţiul metric (R p, d) unde d este metrica Euclidiană este spaţiu metric complet. 11.3.3 Principiul contracţiei Fie spaţiile metrice (X, d) şi (Y, σ), A X o submulţime nevidă a lui X, f : A Y funcţie şi a A punct oarecare al mulţimii A. Definiţie 11.3.7 Spunem că funcţia f : A Y este continuă în punctul a A dacă pentru orice (x n ), x n A cu d (x n, a) n 0 = σ (f (x n ), f (a)) n 0. Remarcă 11.3.3 Orice distanţă este o funcţie continuă. Fie (X, d) spaţiu metric. Definiţie 11.3.8 Spunem că funcţia f : X X este contracţie pe (X, d) dacă există α (0, 1) astfel încât d (f (x), f (y)) αd (x, y) pentru orice x, y X. Definiţie 11.3.9 Elementul x X se numeşte punct fix pentru aplicaţia (operatorul) f dacă f (x) = x. Un rezultat fundamental în teoria spaţiilor metrice este principiul contracţiei dat de Teoremă 11.3.2 (Teorema de punct fix a lui Banach) Dacă (X, d) este un spaţiu metric complet şi f : X X este o contracţie cu constanta α (0, 1) atunci i) f este continuă pe X; ii) x 0 X şirul (x n ) n al aproximaţiilor succesive x n+1 = f (x n ), n, converge la punctul x care este unicul punct fix al lui f; iii) eroarea aproximării d (x n, x ) αn 1 α d (x 0, f (x 0 )) n N.