Ruutvormid Denitsioon 1. P n Ütleme, et avaldis i;j=1 a ijx i x j ; kus a ij = a ji ; a ij 2 K ja K on korpus, on ruutvorm üle korpuse K muutujate x 1

Seotud dokumendid
Polünoomi juured Juure definitsioon ja Bézout teoreem Vaadelgem polünoomi kus K on mingi korpus. f = a 0 x n + a 1 x n a n 1 x

7 KODEERIMISTEOORIA 7.1 Sissejuhatus Me vaatleme teadete edastamist läbi kanali, mis sisaldab müra ja võib seetõttu moonutada lähteteadet. Lähteteade

vv05lah.dvi

Matemaatiline analüüs IV 1 3. Mitme muutuja funktsioonide diferentseerimine 1. Mitme muutuja funktsiooni osatuletised Üleminekul ühe muutuja funktsioo

Relatsiooniline andmebaaside teooria II. 6. Loeng

lvk04lah.dvi

KM 1 Ülesannete kogu, 2018, s

Word Pro - digiTUNDkaug.lwp

loeng7.key

Treeningvõistlus Balti tee 2014 võistkonnale Tartus, 4. novembril 2014 Vastused ja lahendused 1. Vastus: 15, 18, 45 ja kõik 0-ga lõppevad arvud. Olgu

Matemaatilised meetodid loodusteadustes. I Kontrolltöö I järeltöö I variant 1. On antud neli vektorit: a = (2; 1; 0), b = ( 2; 1; 2), c = (1; 0; 2), d

Matemaatiline analüüs III 1 4. Diferentseeruvad funktsioonid 1. Diferentseeruvus antud punktis. Olgu funktsiooni f : D R määramispiirkond D R selles p

Diskreetne matemaatika I Kevad 2019 Loengukonspekt Lektor: Valdis Laan 20. juuni a.

IMO 2000 Eesti võistkonna valikvõistlus Tartus, aprillil a. Ülesannete lahendused Esimene päev 1. Olgu vaadeldavad arvud a 1, a 2, a 3,

12. Marek Kolk, Kõrgem matemaatika, Tartu Ülikool, Algfunktsioon ja määramata integraal Sisukord 12 Algfunktsioon ja määramata integraal 1

prakt8.dvi

Tartu Ülikool Matemaatika-informaatikateaduskond Puhta Matemaatika Instituut Algebra õppetool Riivo Must Mõned katsed üldistada inversseid poolrühmi M

Microsoft Word - Errata_Andmebaaside_projekteerimine_2013_06

Mittekorrektsed ülesanded 2008

8.klass 4 tundi nädalas, kokku 140 tundi Hulkliikmed ( 45 tundi) Õppesisu Hulkliige. Hulkliikmete liitmine ja lahutamine ning korrutamine ja jagamine

elastsus_opetus_2013_ptk2.dvi

Neurovõrgud. Praktikum aprill a. 1 Stohhastilised võrgud Selles praktikumis vaatleme põhilisi stohhastilisi võrke ning nende rakendust k

pkm_2010_ptk6_ko_ja_kontravariantsus.dvi

PIDEVSIGNAALIDE TÖÖTLEMINE

Tartu Ülikool Matemaatika-informaatikateaduskond Matemaatilise statistika instituut Ann-Mari Koppel Determinatsioonikordaja ja prognoosikordaja Bakala

Matemaatika ainekava 8.klass 4 tundi nädalas, kokku 140 tundi Kuu Õpitulemus Õppesisu Algebra (65 t.) Geomeetria (60 t.) Ajavaru kordamiseks (15 õppet

Scala ülevaade 1 Meetodid, muutujad ja väärtused. Süntaks 2 Lihtsad tüübid ja väärtused. 3 OOP, case-klassid ja mustrisobitus. 4 Puhta Scala väärtusta

Automaatjuhtimise alused Automaatjuhtimissüsteemi kirjeldamine Loeng 2

MATEMAATILINE ANALÜÜS I. ESIMESE KONTROLLTÖÖ NÄITEÜLESANDED (1) Leida funktsiooni y = sin x + ln(16 x 2 ) määramispiirkond. (2) Leida funktsiooni y =

Diskreetne matemaatika I praktikumiülesannete kogu a. kevadsemester

Word Pro - diskmatTUND.lwp

loogikaYL_netis_2018_NAIDISED.indd

Microsoft PowerPoint - IRZ0020_praktikum4.pptx

III teema

Andmebaasid, MTAT loeng Normaalkujud

Imbi Traat, Natalja Lepik (Tartu Ülikool), 2013 E-kursuse Bayesi statistika Markovi ahelatega materjalid Aine maht 6 EAP Imbi Traat, Natalja Lepik (Ta

Sügis 2018 Kõrgema matemaatika 2. kontrolltöö tagasiside Üle 20 punkti kogus tervelt viis üliõpilast: Robert Johannes Sarap, Enely Ernits, August Luur

DIGITAALTEHNIKA DIGITAALTEHNIKA Arvusüsteemid Kümnendsüsteem Kahendsüsteem Kaheksandsüsteem Kuueteistkü

ITI Loogika arvutiteaduses

G4S poolt võetavad kohustused 1. G4S juurutab oma hinnastamispõhimõtetes käesolevale dokumendile lisatud hinnastamismaatriksi. Hinnastamismaatriks läh

TARTU ÜLIKOOL MATEMAATIKA-INFORMAATIKATEADUSKOND MATEMAATILISE STATISTIKA INSTITUUT Astrid Haas Üldistatud lineaarne segamudel ESM-uuringu andmetele M

Infix Operaatorid I Infix operaatorid (näiteks +) ja tüübid (näiteks ->) kirjutatakse argumentide vahele, mitte argumentide ette. Näiteks: 5 + 2, 2*pi

Segamudelid2010.pdf

XV kursus

Matemaatiline maailmapilt MTMM Terje Hõim Johann Langemets Kaido Lätt 2018/19 sügis

Andmed arvuti mälus Bitid ja baidid

У : Ш& illi ELEMENTAARMATEMAATIKA I 1986

Microsoft Word - Praks1.doc

Eesti koolinoorte LIII matemaatikaolümpiaad 28. jaanuar 2006 Piirkonnavoor Hindamisjuhised Lp hindaja! 1. Juhime Teie tähelepanu sellele, et alljärgne

Antennide vastastikune takistus

Osakogumite kitsendustega hinnang Kaja Sõstra 1 Eesti Statistikaamet Sissejuhatus Valikuuringute üheks oluliseks ülesandeks on osakogumite hindamine.

19. Marek Kolk, Kõrgem matemaatika, Tartu Ülikool, Arvridade koonduvustunnused Sisukord 19 Arvridade koonduvustunnused Vahelduvat

Microsoft Word - Lisa 3 PK matemaatika.docx

1. AKE Ajalise keerukuse empiiriline hindamine

HWU_AccountingAdvanced_October2006_EST

ma1p1.dvi

Programmi Pattern kasutusjuhend

PALMIKRÜHMAD Peeter Puusempa ettekanded algebra ja geomeetria õppetooli seminaril 11., 18. ja 25. jaanuaril a. 1. Palmikud ja palmikrühmad Ajalo

DVD_8_Klasteranalüüs

Eesti koolinoorte 66. füüsikaolümpiaad 06. aprill a. Vabariiklik voor. Gümnaasiumi ülesannete lahendused 1. (AUTOD) (6 p.) Kuna autod jäävad sei

+/- 7(chomsky???) Deduktiivne jama 1.Hulkade spetsifitseerimine. Hulk on samalaadsete objektide järjestamata kogum, mida käsitlet

Word Pro - digiTUNDkaug.lwp

1 / loeng Tekstitöötlus Sisend/väljund Teksti lugemine Sõnad

Praks 1

Praks 1

Eesti Ettevõtluskõrgkool Mainor rakenduskõrghariduse õppekava ROBOOTIKATARKVARA ARENDUS Õppekava nimetus Õppekava nimetus inglise keeles Kõrgharidusta

Microsoft Word - 56ylesanded1415_lõppvoor

Pealkiri on selline

Praks 1

(geomeetria3_0000.eps)

Microsoft Word - Sobitusahelate_projekteerimine.doc

Microsoft Word - A-mf-7_Pidev_vorr.doc

VL1_praks2_2009s

VL1_praks6_2010k

Lisa I_Müra modelleerimine

Microsoft Word - loeng8.doc

ET TOIMIVUSDEKLARATSIOON vastavalt järgneva määruse (EL) Nr. 305/2011 lisale III: lisale III Elektritööriistadega kasutatavad Hilti kinnitid X-P 20 B3

TARTU ÜLIKOOL MATEMAATIKA-INFORMAATIKATEADUSKOND MATEMAATILISE STATISTIKA INSTITUUT Kristi Läll Mitmemõõtmeline analüüs peptiidide käitumise uurimisek

Aili_A-mf-4_adiab.doc

loeng2

Füüsika

Võistlusülesanne Vastutuulelaev Finaal

Microsoft PowerPoint - loeng2.pptx

raamat5_2013.pdf

lcs05-l3.dvi

Kuidas ärgitada loovust?

6

Tartu Kutsehariduskeskus Teksti sisestamine Suurem osa andmetest saab sisestatud klaviatuuril leiduvate sümbolite abil - tähed, numbrid, kirjavahemärg

Microsoft PowerPoint - Vork.ppt

my_lauluema

I Generaatori mõiste (Java) 1. Variantide läbivaatamine Generaator (ehk generaator-klass) on klass, milles leidub (vähemalt) isendimeetod next(). Kons

Elisa Ring Elisa Ringi mobiilirakendus Versioon

6

Abiarstide tagasiside 2016 Küsimustikule vastas 137 tudengit, kellest 81 (60%) olid V kursuse ning 56 (40%) VI kursuse tudengid. Abiarstina olid vasta

Sularahateenuse hinnastamise põhimõtted SRK 3 12_

Väljavõte:

Ruutvormid Denitsioon. P n Ütleme, et avaldis i;j= a ijx i x j ; kus a ij = a ji ; a ij K ja K on korus, on ruutvorm üle koruse K muutujate x ;;x n suhtes. Maatriksit =(a ij ) nimetame selle ruutvormi maatriksiks. Igale ruutfunktsionaalile n-m~o~otmelisel vektorruumil üle K vastab ruutvorm n muutujast üle K; ja vastuidi (vt. def. X..4). Denitsioon. Öeldakse, et ruutvorm üle K ; ;; r K; on kanoonilisel kujul, kui tal on kuju x + x + + rx r ; kus ruutvorm üle R on normaalkujul, kui tal on kuju x + +x,x +,,x r ; ruutvorm üle on normaalkujul, kui tal on kuju x + x + +x r Ruutvormi viimine kanoonilisele kujule tähendab sellise regulaarse muutujate vahetuse leidmist, mille tagajärjel saame kanoonilisel kujul oleva ruutvormi (uutest muutujatest). Maatrikskujul v~oib ruutvormi esitada korrutisena x t x; kus x = x x n on muutujate veerg ja on vaadeldava ruutvormi maatriks. Regulaarse muutujate vahetuse 8 < x = c y + +c n y n v~oib maatrikskujul esitada v~ordusena x = y; kus y = y y n x n = c n y ++c nn y n on uute muutujate veerg; =(cij ) ja det() = Sellise muutujate vahetusega teiseneb ruutvorm x t x ruutvormiks (y) t (y) =y t ( t )y; seega ärast muutujate vahetuse tegemist tekkiva ruutvormi maatriks on t

Ülesanne.. Viige kanoonilisele kujule ruutvormi x x +x x Selle ruutvormi maatriks on Kanoonilisele kujule viimiseks teisendame maatrikseid,,,,,,,,,,,,,,,,,, Teisenused, mida tegime, olid järgmised liitsime esimesele reale ja veerule teise, lahutasime teisest reast ja veerust -ga korrutatud esimese, lahutasime kolmandast reast ja veerust -ga korrutatud esimese ning l~ouks liitsime kolmandale reale ja veerule teise. Viimase maatriksi ülemisest oolest on näha, et ruutvormi kanooniline kuju on y, y ; viimase maatriksi alumine ool annab meile kanoonilisele kujule viiva muutujate vahetuse Smaatriksi, see muutujate vahetus on 8 < x = y, y,y Kontroll,, t,, x = y + y x = y =,,, Ülesanne. Viige järgmised ruutvormid normaalkujule a) üle R, b) üle F = x +4x +x +4x x,x x ; F =x +x,x +4x x,x x,4x x ; F =,4x,x,x,4x x +4x x +8x x ; F 4 =x +x,x +x x +4x x =,

Millised nendest ruutvormidest on omavahel ekvivalentsed? (Kahte ruutvormi nimetatakse ekvivalentseteks, kui üks on teisest saadav mingi muutujate vahetuse teel.) Viime ruutvormi F kanoonilisele kujule,,,, 4,,,,,,, 4, 4,, 4,,, Viime ruutvormi F kanoonilisele kujule,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Viime ruutvormi F kanoonilisele kujule,4,,4,,4,4,, 9 8 8 8 9, 8 8 8,,4 8,4,4,4, Viime ruutvormi F 4 kanoonilisele kujule,4,4,4,4,,,,,,,

Tulemused v~otame kokku järgmise tabelina Ruutvorm Kanooniline kuju Normaalkuju üle R Normaalkuju üle F y +4y,y z +z,z u +u +u F y,y,y z,z,z u +u +u. F,4y +y,4y z,z,z u +u +u F 4 y,4y z,z u +u Teoreem. Kaks ruutvormi on ekvivalentsed üle (üle R) arajasti siis, kui neil on samad normaalkujud üle (üle R). Siit on näha, et üle R on ekvivalentsed F ja F ning üle on ekvivalentsed F ;F ja F Denitsioon. P n Ruutvorm i;j= a ijx i x j üle R on ositiivselt (negatiivselt) määratud, kui P P n i;j= a n ijc i c j > ( i;j= a ijc i c j < ) iga vektori (c ;;c n )R n korral. Teoreem (X.4.4). Ruutvorm on ositiivselt määratud siis ja ainult siis, kui tema maatriksi äämiinorid on k~oik ositiivsed, ja negatiivselt määratud siis ja ainult siis, kui tema maatriksi äämiinorid on vaheldumisi negatiivsed ja ositiivsed. Ülesanne. Leidke k~oik arameetri a reaalarvulised väärtused, mille korral ruutvorm x, x +4x +(a,)x x + a x x on ositiivselt määratud. Vaadeldava ruutvormi maatriks on = a, a,, Leiame selle maatriksi äämiinorid. Esiteks, M =>Teiseks, M = a, a,, a =,,, a, =,,a +a, 4 =,a +a, 9 4 Kuna v~orratusel,a + a, 9 > ei ole reaalarvulisi lahendeid, siis vaadeldav ruutvorm ei ole 4 ositiivselt määratud ühegi a väärtuse korral. a a 4 Ülesanne 4. Leidke k~oik arameetri a reaalarvulised väärtused, mille korral ruutvorm ax + ax +(a,)x +x x +ax x +x x on negatiivselt määratud. Vaadeldava ruutvormi maatriks on a a Maatriksi äämiinorid on M = a; M = M = a a a = a a a, = a, ; a = a, a + a + a, a, a +,a=,a + a a a, 4

Lahendades v~orratustesüsteemi 8 < a < a, >,a + < saame, et ruutvorm on negatiivselt määratud, kui, <a<, Denitsioon 4 (IX...). Eukleidilise ruumi E lineaarteisendust ' nimetatakse sümmeetriliseks, kui iga a; b E korral ('(a);b)=(a; '(b)) Sümmeetrilise teisenduse maatriks ortonormeeritud baasi suhtes on sümmeetriline maatriks. Kui eukleidilise ruumi lineaarteisenduse maatriks ortonormeeritud baasi suhtes on sümmeetriline, siis see teisendus on sümmeetriline (teoreem IX...). Ülesanne. T~oestage, et eukleidilise ruumi sümmeetrilise lineaarteisenduse erinevatele omaväärtustele vastavad omavektorid on ortogonaalsed. Olgu '(a) =a ja '(b) =b; kus = ; a = ja b =. Siis (a; b) =(a; b) =('(a);b)=(a; '(b)) = (a; b) =(a; b) Seega (, )(a; b) =;millest järeldub, et (a; b) = Teame, et ruutmaatriks üle koruse K on sarnane diagonaalmaatriksiga arajasti siis, kui leidub selle maatriksi omavektoreist koosnev baas vektorruumis K n.teoreemi IX... ~ohjal leidub iga sümmeetrilise maatriksi jaoks üle R tema omavektoreist koosnev ortonormeeritud baas eukleidilises ruumis R n (standardse skalaarkorrutamise suhtes). Seega iga sümmeetriline maatriks üle R on sarnane diagonaalmaatriksiga,, on diagonaalmaatriks, mille äädiagonaalil on maatriksi omavektorid ning veeruvektorid on ortonormeeritud omavektorid. Kuna lause IX... ~ohjal on ortogonaalmaatriks, s.t., = t ; siis t on diagonaalmaatriks. Järelikult kehtib järgmine väide. Lause. Iga ruutvormi üle R saab viia kanoonilisele kujule ortogonaalse muutujate vahetusega, s.o. muutujate vahetusega, mille maatriks on ortogonaalmaatriks. Ülesanne. Viige ruutvorm x +x +x +4x x,4x x,8x x kanoonilisele kujule ortogonaalse muutujate vahetusega. Ruutvormi maatriks on,,4 =,,4 Selle maatriksi karakteristlik olünoom on,,,,,,4,,4, =,,4,, = = (,) + (, ), 4 9, =(,)(8, +, 8), 4, 9,,4, = (, )(, + ) =,(, ) (, )

Seega omaväärtused ja nende kordsused on = ; r = ; = ; r = Järelikult ruutvormi kanooniline kuju on y + y +y. Muutujate vahetuse leidmiseks tuleb leida veel omavektoreist koosnev ortonormeeritud baas. Omaväärtusele vastavate omavektorite leidmiseks lahendame lineaarv~orrandisüsteemi maatriksiga, E =, 4,4,,4 4 (muutujate z ;z ;z suhtes, et mitte segi ajada ruutvormis esinevate muutujatega). Siit saame, et z =,z +z Selle v~orrandisüsteemi lahendite fundamentaalsüsteemiks (ja seega omaväärtusele vastavaiks lineaarselt s~oltumatuiks omavektoreiks) on näiteks a = (,;;); a = (;;) Omaväärtusele vastavate omavektorite leidmiseks lahendame järgmise lineaarv~orrandisüsteemi,8,,8,8, E =,,4,,4 ;,,4,,9,9 ehk z =, z ;z =,z Seega lahendite fundamentaalsüsteem koosneb näiteks vektorist a =(,;,;) Omavektorite a ;a ;a ortogonaliseerimiseks eukleidilises ruumis R v~otame b = a =(,;;); ja b = a + k b ; kus k =, (a ;b) (b;b) =,,4 = 4 ; s.t. b = a + 4 b =(;;) +, 8 ; 4 ; = ; 4 ; On selge, et b ja b on omaväärtusele vastavad omavektorid. Kuna a ja b on sümmeetrilise maatriksi erinevatele omaväärtustele vastavad omavektorid, siis on nad ülesande ~ohjal ortogonaalsed. Samal ~ohjusel on ortogonaalsed a ja b. Seega v~oime v~otta b = a =(,;,;) Vektorid b ;b ;b tuleb veel ortonormeerida. Selleks leiame nende ikkused jb j = q q 4 jb j= + += 9 = ;jb j= +4+4= ning vektorid e = b =, ; ; ; 4+= ;

e = e = b = b = ; 4, ;, ; ; Niisiis oleme saanud omavektoreist koosneva ortonormeeritud baasi e ;e ;e Järelikult kanoonilisele kujule y + y +y viiva muutujavahetuse maatriks on Kontroll t = = =, 4,,, 4,,,, 4,,4,,,4,, 4, ; = Olgu F ja G ruutvormid üle R muutujatest x ;;x n maatriksitega ja vastavalt ning olgu F ositiivselt määratud. Teoreemist X.4.. järeldub, et leidub selline muutujavahetus, mis viib F ja G korraga kanoonilisele kujule. Selgitame, kuidas seda teha. Viies ruutvormi F kanoonilisele kujule saame leida regulaarse maatriksi nii, et t = kus a i > iga i =;;n korral. V~ottes D = a a a ; a n a a n saame, et D t ( t )D =(D) t (D)=E; s.t. saame F viia normaalkujule. Vaatleme ruutvormi maatriksiga (D) t (D) Viime ta kanoonilisele kujule ortogonaalse muutujate vahetusega U (DU) t (DU)=U t ((D) t (D))U = b b b n Siis (DU) t (DU) = U t (D) t (D)U = U t EU = U, U = E; s.t. muutujate vahetus maatriksiga DU viib kanoonilisele kujule nii F kui G 7

Ülesanne 7. Leidke muutujate vahetus, mis viib ruutvormid F = x +x +x +x x,x x ; G=x +8x +x +8x x +x x +4x x korraga kanoonilisele kujule. Uurime, kas üks ruutvormidest F ja G on ositiivselt määratud. Ruutvormide F ja G maatriksid on vastavalt Kuna maatriksi korral =,, ja = 4 4 8 M = > ; M =, =>; M =,, =>; siis F on ositiivselt määratud. Viime ruutvormi F kanoonilisele kujule,,,,,,,,,,,,, Seega t = E; kus =,, Kuna saadud F kanooniline kuju osutus juba normaalkujuks, siis v~otame D = E. Leiame nüüd t =, 4 4 8 =, 4 4,, = = 8

Viime ruutvormi maatriksiga kanoonilisele kujule ortogonaalse muutujate vahetusega. Selleks leiame maatriksi karakteristliku olünoomi, j, Ej =, =(4,4+ )(, ) +4+,+4, +,, =, 4, +4 +,, + =, +7, =,(, 7 + ) =,(, )(, ) Seega maatriksil on ühekordsed omaväärtused ; ja Leiame vastavad omavektorid z = z a =(;,;); z =,z z,, =,z a =(;;,);, z = z,,,, z, = z a =(;;), z = z,, Kuna erinevatele omaväärtustele vastavad omavektorid on ortogonaalsed, siis vektoreid a ;a ;a ortogonaliseerida ei ole enam vaja. Nende ortonormeerimisel saame e = ;, ; ; e = e = ; ; ; ;, Seega ruutvormi, mille maatriks on ; kanooniline kuju on y +y muutujavahetus maatriksiga U =,, ; ja sellele kujule viib Kokkuv~ottes, ruutvormid F ja G viib kanoonilisele kujule muutujavahetus maatriksiga U =,,,, 4 =,,, 9