Poglavlje 1 GRAM-SCHMIDTOV POSTUPAK ORTOGONALIZACIJE. 1.1 Ortonormirani skupovi

Σχετικά έγγραφα
Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

LINEARNA ALGEBRA 1, ZIMSKI SEMESTAR 2007/2008 PREDAVANJA: NENAD BAKIĆ, VJEŽBE: LUKA GRUBIŠIĆ I MAJA STARČEVIĆ

1 Promjena baze vektora

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Četrnaesto predavanje iz Teorije skupova

Linearna algebra za fizičare, zimski semestar Mirko Primc

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

Operacije s matricama

Dijagonalizacija operatora

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

KONVEKSNI SKUPOVI. Definicije: potprostor, afin skup, konveksan skup, konveksan konus. 1/5. Back FullScr

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

SOPSTVENE VREDNOSTI I SOPSTVENI VEKTORI LINEARNOG OPERATORA I KVADRATNE MATRICE

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Elementi spektralne teorije matrica

18. listopada listopada / 13

k a k = a. Kao i u slučaju dimenzije n = 1 samo je jedan mogući limes niza u R n :

Linearna algebra I, zimski semestar 2007/2008

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Teorijske osnove informatike 1

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

Vektorski prostori. Vektorski prostor

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

4 Unitarni prostori. 4.1 Definicija i svojstva unitarnih prostora. K polje R ili C, V je vektorski prostor nad K

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Uvod u teoriju brojeva

Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku Odjel za matematiku Preddiplomski studij matematike. Monika Jović. Skalarni produkt.

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

16 Lokalni ekstremi. Definicija 16.1 Neka je A R n otvoren, f : A R i c A. Ako postoji okolina U(c) od c na kojoj je f(c) minimum

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

IZVODI ZADACI (I deo)

2. Vektorski prostori

ELEMENTARNA MATEMATIKA 1

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

Matematika 1 { fiziqka hemija

1.4 Tangenta i normala

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

1 Aksiomatska definicija skupa realnih brojeva

1 Afina geometrija. 1.1 Afini prostor. Definicija 1.1. Pod afinim prostorom nad poljem K podrazumevamo. A - skup taqaka

MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 30. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

Zadaci iz Osnova matematike

Geometrija (I smer) deo 1: Vektori

SKUPOVI I SKUPOVNE OPERACIJE

Determinante. a11 a. a 21 a 22. Definicija 1. (Determinanta prvog reda) Determinanta matrice A = [a] je broj a.

APROKSIMACIJA FUNKCIJA

Klasifikacija blizu Kelerovih mnogostrukosti. konstantne holomorfne sekcione krivine. Kelerove. mnogostrukosti. blizu Kelerove.

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

MATEMATIKA 1 8. domaća zadaća: RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

Teorem 1.8 Svaki prirodan broj n > 1 moºe se prikazati kao umnoºak prostih brojeva (s jednim ili vi²e faktora).

7 Algebarske jednadžbe

M086 LA 1 M106 GRP Tema: Uvod. Operacije s vektorima.

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

IZVODI ZADACI (I deo)

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

PLOHE KONSTANTNE SREDNJE ZAKRIVLJENOSTI U MINKOWSKIJEVOM PROSTORU

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

MJERA I INTEGRAL 1. kolokvij 29. travnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

KOMUTATIVNI I ASOCIJATIVNI GRUPOIDI. NEUTRALNI ELEMENT GRUPOIDA.

PID: Domen P je glavnoidealski [PID] akko svaki ideal u P je glavni (generisan jednim elementom; oblika ap := {ab b P }, za neko a P ).

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Sustav dvaju qubitova Teorem o nemogućnosti kloniranja. Spregnuta stanja. Kvantna računala (SI) 17. prosinca 2016.

Ovo nam govori da funkcija nije ni parna ni neparna, odnosno da nije simetrična ni u odnosu na y osu ni u odnosu na

1. zadatak , 3 Dakle, sva kompleksna re{ewa date jedna~ine su x 1 = x 2 = 1 (dvostruko re{ewe), x 3 = 1 + i

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Neka su A i B skupovi. Kažemo da je A podskup od B i pišemo A B ako je svaki element skupa A ujedno i element skupa B. Simbolima to zapisujemo:

1 Diferencijabilnost Motivacija. Kažemo da je funkcija f : a, b R derivabilna u točki c a, b ako postoji limes f f(x) f(c) (c) = lim.

Slučajni procesi Prvi kolokvij travnja 2015.

radni nerecenzirani materijal za predavanja

Matrice linearnih operatora i množenje matrica. Franka Miriam Brückler

x + 3y + 6z = 3 3x + 5y + z = 4 x + y + z = 4.

Funkcija gustoće neprekidne slučajne varijable ima dva bitna svojstva: 1. Nenegativnost: f(x) 0, x R, 2. Normiranost: f(x)dx = 1.

POVRŠINA TANGENCIJALNO-TETIVNOG ČETVEROKUTA

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

1. Linearni operatori. Fiksirajmo po volji odabran kut ϕ [0, 2π) i promotrimo preslikavanje R ϕ : V 2 (O) V 2 (O) koje svaki radijvektor rotira za ϕ.

Geologija, Znanost o okolišu Matematika 1

KONAČNA MATEMATIKA Egzistencija kombinatornih konfiguracija Dirichlet-ov i Ramseyev teorem

Matematika (PITUP) Prof.dr.sc. Blaženka Divjak. Matematika (PITUP) FOI, Varaždin

4. Sustavi linearnih jednadžbi. Definicija Linearna jednadžba nad poljem F u nepoznanicama x 1, x 2,

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

Operatori na normiranim prostorima vježbe 2015/2016. Tomislav Berić

1. Topologija na euklidskom prostoru R n

Teorija skupova. Matko Males Split. lipanj 2003.

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

Kosinus-sinus dekompozicija ortogonalnih matrica malog reda

Transcript:

Poglavlje 1 GRAM-SCHMIDTOV POSTUPAK ORTOGONALIZACIJE 1.1 Ortonormirani skupovi Prije nego krenemo na sami algoritam, uvjerimo se koliko je korisno raditi sa ortonormiranim skupovima u unitarnom prostoru. Za početak, jedna propozicija općenito o ortogonalnim skupovima: Propozicija 1.1.1. Neka je V unitaran prostor. Svaki ortogonalan skup u V koji ne sadrži nulvektor je linearno nezavisan. Posebno, svaki ortonormiran skup je linearno nezavisan. Dokaz. Neka je k α i v i 0, gdje je {v 1,..., v k } ortogonalan skup koji ne sadrži nulvektor. Pomnožimo ovu jednadžbu skalarno sa v j za neki j {1,..., k}. Zbog linearnosti skalarnog produkta u prvoj varijabli imamo k α i v i, v j 0, odnosno α 1 v 1, v j + + α k v k, v j 0. 1

Pretpostavili smo da je skup ortogonalan pa je v j ortogonalan na sve v i, i j. To znači da od cijele sume ostane samo jedan član pa imamo α j v j, v j 0. Sada koristimo da početni skup nije sadržavao nulvektor pa je v j 0, onda je i v j, v j 0 zbog definicije skalarnog produkta. To znači da je nužno α j 0. Ovdje je j bio proizvoljan pa slijedi da mora vrijediti α 1,..., α k 0, odnosno skup je linearno nezavisan. Dakle prvo korisno svojstvo koje smo dobili je linearna nezavisnost, ali od ortonormiranih skupova možemo dobiti puno više. Pretpostavimo sada da unitarni prostor V ima ortonormiranu bazu {e 1,..., e n } (zasad još ne znamo da takva postoji za općeniti unitarni prostor V ). Otprije znamo da se svaki x V može zapisati na jedinstven način u toj bazi, dakle x α i e i, gdje su koeficijenti α 1,..., α n jedinstveno odredeni skalari. Kada radimo općenito s bazom pronalazak tih skalara nije jednostavan posao, svodi se na n n linearni sustav. Medutim, ako imamo posla sa ortonormiranom bazom dovoljno je izračunati n skalarnih produkata. Naime, imamo x α i e i /, e j x, e j α j e j, e j x, e j α j, što znači da je svaki od koeficijenata upravo skalarni produkt danog vektora s odgovarajućim članom ortonormirane baze, odnosno x x, e i e i Isto tako, skalarni produkt dva vektora možemo lijepo izraziti u ortonormiranoj bazi

koristeći gornji prikaz. Neka su x, y V, imamo x, y x, e i e i, y, e j e j j1 x, e i y, e j e i, e j j1 x, e i e j, y δ ij j1 x, e i e i, y Primijetimo da je ovo zapravo formula kojom smo računali standardni skalarni produkt na R n, pri čemu je pripadna ortonormirana baza bila upravo ona kanonska, {e 1,..., e n }. 1.2 Gram-Schmidtov postupak ortogonalizacije Sada smo konačno spremni za glavni teorem čiji dokaz daje algoritam za traženje adekvatnih ortonormiranih skupova. Uočite da teorem kaže da za svaki linearno nezavisan skup možemo naći ortonormiran skup koji ne samo da razapinje isti potprostor, nego redom svaki podskup razapinje odgovarajući potprostor (ovo je prvi put da nam je važan uredaj u skupu, pa će onda biti važno i da je baza uredena). Teorem 1.2.1. Neka je dan linearno nezavisan skup {x 1,..., x k }, k N, u unitarnom prostoru V. Tada postoji ortonormiran skup {e 1,..., e k } u V takav da je [{e 1,..., e j }] [{x 1,..., x j }], j {1,..., n}. Dokaz(Gram-Schmidtov postupak ortogonalizacije). Konstrukciju skupa {e 1,..., e k } provodimo induktivno. Za bazu indukcije dovoljno je normirati vektor x 1 : definiramo e 1 1 x 1 x 1. Ovo je dobro definirano jer je x 1 0 kao element linearno nezavisnog skupa. Isto tako, x 1 i e 1 sigurno razapinju isti potprostor jer su kolinearni.

Pretpostavimo sada da smo definirali ortonormiran skup {e 1,..., e j } takav da je [{e 1,..., e j }] [{x 1,..., x j }]; tražimo e j+1. Prvo se trebamo pobrinuti za uvjet ortogonalnosti pa uvodimo pomoćni vektor f j+1 x j+1 x j+1, e i e i. Vektor f j+1 smo zapravo dobili tako da smo od x j+1 oduzeli njegovu ortogonalnu projekciju na potprostor iz prethodnog koraka, na taj način postižemo okomitost. Raspisom skalarnog produkta odmah se vidi da je f j okomit na sve e 1,..., e j. Da bismo vidjeli da skupovi {e 1,..., e j, f j+1 } i {x 1,..., x j, x j+1 } razapinju iste potprostore, dovoljno je pokazati da se e 1,..., e j, f j+1 nalaze u prostoru razapetom sa {x 1,..., x j+1 } i obratno. Pokažimo tu tvrdnju: Po pretpostavci indukcije vrijedi e 1,..., e j [x 1,..., x j, x j+1 ] (e 1,..., e j i x 1,..., x j razapinju isti potprostor), a za f j+1 dovoljno je pogledati njegovu definiciju: on je linearna kombinacija vektora e 1,..., e j, x j+1, pa je onda i linearna kombinacija vektora x 1,..., x j, x j+1. Obratna inkluzija se pokazuje analogno. Jedino što je još preostalo je pobrinuti se za normu novog vektora, za f j+1 nemamo nikakvu garanciju da je normiran, ali taj dio je lako popraviti. Ako normiramo f j+1 nećemo pokvariti ni okomitost ni razapinjanje istih potprostora. Dakle mogli bismo definirati 1 e j+1 f j+1 f j+1. Jedino što bi mogao biti problem je što ne znamo da f j+1 nije nulvektor, kada bi bio onda ova definicija ne bi bila dobra. Pretpostavimo onda da je f j+1 0. Imamo x j+1 f j+1 0 x j+1, e i e i 0 x j+1 x j+1, e i e i pa slijedi da se x j+1 nalazi u potprostoru razapetom sa {e 1,..., e j } pa se nalazi i u potprostoru razapetom sa {x 1,..., x j } jer su isti. Slijedi da je {x 1,..., x j, x j+1 } linearno zavisan skup što je kontradikcija jer smo krenuli od linearno nezavisnog skupa.

Jedna važna posljedica ovog teorema je činjenica da nismo bez razloga pretpostavljali da unitarni prostor V ima ortonormiranu bazu; ta pretpostavka će zapravo uvijek biti ispunjena. Korolar 1.2.2. Svaki konačnodimenzionalan unitarni prostor ima ortonormiranu bazu. Dokaz. Neka je V konačnodimenzionalan unitaran prostor. Tada on ima neku bazu {b 1,..., b n }. Na tu bazu primijenimo Gram-Schmidtov postupak ortogonalizacije i dobijemo ortonormiran skup {e 1,..., e n }. Prethodni teorem garantira da ta dva skupa razapinju isti prostor, posebno imamo da je {e 1,..., e n } baza za V i to je tražena ortonormirana baza.