שאלות נוספות
Transcription
שאלות נוספות
אוניברסיטת בן־גוריון בנגב באר שבע 84105 BEN-GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV BE’ER SHEVA 84105, ISRAEL שאלות נוספות (1העתקות שומרות אורך שומרות זוית • הראו כי לכל שני וקטורים בממ"פ ממשי Vמתקיים 1 ])(u, v) = [(u + v, u + v) − (u − v, u − v 4 • • • • • כיתבו נוסחה דומה עבור וקטורים במרחב מכפלה פנימית מרוכב. הראו כי אם עבור מטריצה ) A ∈ Mn (Rמתקיים (Au, v)st = 0לכל u, v ∈ Rאזי A=0 n הראו כי אם ) A, B ∈ Mn (Rמקיימות ) (Au, v) = (Bu, vלכל u, v ∈ Rאזי A = B האם השויון ) (Av, v) = (Bv, vלכל v ∈ Rnגורר A = B נסחו גרסה מרוכבת של הסעיף הקודם. הראו כי אם T : V → Vהיא ט"ל ששומרת אורכים כלומר ) (T v, T v) = (v, vלכל v ∈ Vאזי Tשומרת את המכפלה הפנימית כלומר ) (T u, T v) = (u, vלכל u, v ∈ V ובפרט Tשומרת זויות. n (2ע"ע של אופרטור הצמוד לאופרטור נורמלי • הראו כי אם T : V → Vנורמלי כלומר ∗ T ∗ T = T Tאזי ||) ||T (v)|| = ||T ∗ (vלכל v ∈ Vובפרט Ker(T ) = Ker(T ∗ ). • הראו כי אם Tנורמלי אזי T − aIVנורמלי. aהוא ערך עצמי של ∗ T • הסיקו כי אם a ∈ Cערך עצמי של Tנורמלי אזי ¯ ∈ C (3נתונה T : V → Tהמקיימת .T 2 = Tהראו כי Tלכסינה. • הראו כי וקטור נמצא בתמונה של Tאם ורק אם Tשולחת אותו לעצמו .כלומר הראו כי ) Ker(I − T ) = Im(T • הראו כי }Ker(T ) ∩ Im(T ) = {0 • העזרו במשפט המימד כדי להראות שיש מספיק וקטורים עצמיים. • מצאו את הערכים העצמיים ואת הצורה האלכסונית. • באיזה תנאים אפשר להבטיח בסיס אורתונורמלי Bעבור Vכך ש Tתיוצג כמטריצה אלכסונית בבסיס Bהראו כי אם בסיס כזה קיים אז קיים תת מרחב W ⊂ Vכך ש T = PWההטל האורתוגונלי. 1 2 (4נתונה מטריצה Aוידוע כי שורותיה מהווים בסיס אורתונורמלי עבור Rnעם המכפלה הסטנדרטית .הראו כי גם עמודות Aמהוות בסיס אורתונורמלי. (5גרעיו ותמונה של אופרטורים צמודים • • • • הראו כי (T ∗ )∗ = Tעבור T : V → Vבממ"פ .V הראו כי Ker(T ∗ ) = Im(T )+וכי Im(T ) = Ker(T )+ הסיקו כי ) ∗ rank(T ) = rank(Tזה נותן הוכחה חדשה לכך שדרגת השורות שווה לדרגת העמודות. הראו כי אם ∗ T = Tאזי ) Ker(Tניצב ל ) Im(T ∗ (6הרחבה על שאלה 3מדף מספר .12נתון W ⊂ Rmונתון וקטור b ∈ Rm • הראו כי הוקטור w ∈ Wהקרוב ביותר לוקטור b ∈ Rmמקיים ) w = PW (bכלומר הראו כי לכל w ∈ Wמתקיים ||||w − b|| ≥ ||PW (b) − b • • • • נתון וקטור b ∈ Rmומטריצה .Am×nהראו כי למשוואה Ax = bיש פתרון אם ורק אם } b ∈ W = Span{a1 , ..., anכאשר a1 , ..., anהם וקטורי העמודה של A נניח כי למערכת Ax = bאין פתרון ונגדיר } W = Span{a1 , ..., anמרחב השורות של Aהציעו דרך למצוא את הוקטור xשעבורו הטעות || ||Ax − bקטנה ביותר .הדרכה: העזרו בסעיף הקודם כדי להסיק שהוקטור b1 = PW (b) ∈ Rmהוא הקומבינציה הלינארית של עמודות Aשקרובה ביותר לוקטור bומכאן הסיקו שיש למצוא xעבורו )Ax = PW (b הראו כי הפתרון xשל המשוואה At Ax = At bמקיים את הנדרש בסעיף הקודם. הסיקו כי אפשר למצוא פתרון מקורב ל Ax = bעל ידי הכפלה פורמלית ב Atופתרון המערכת הריבועית .At Ax = At bבצעו זאת עבור המערכת בשאלה 3מדף .12 (7מצאו תנאים שעבורם קיים T : V → Vהמקיים T (v1 ) = w1 , ..., T (vk ) = wkכאשר v1 , ..., vkקבוצה אורתונורמלית .דונו במקרים הבאים: • Tאופרטור לינארי כלשהוא • Tאופרטור אוניטרי • Tאופרטור צמוד לעצמו הדרכה :אופרטור אוניטרי שומר אורכים ,אופרטור צמוד לעצמו הוא בעל יצוג כמטריצה הרמיטית בבסיס אורתונורמלי. (8 n • תהי (, )stהמכפלה הפנימית הסטדנטרטית על .R xi yi n X i=1 = (x, y)st 3 הראו כי עבור מטריצה ) A ∈ Mn (Rמתקיים (Au, v)st = (u, At v)st ודונו בגרסה המרוכבת. • עבור מטריצה סמיטרית ) A ∈ Mn (Rמגדירים QA (v, u) = (Av, u)stהראו כי זו מכפלה פנימית על Rnאם ורק אם כל הערכים העצמיים של Aהם חיוביים .הדרכה: זיכרו כי Aלכסינה עם ערכים עצמיים ממשיים .בכיוון אחד כיתבו A = P DP −1 = P DP t עבור מטריצה אורתוגונלית Pוודאו כי )QA (v, v) = (Av, v) = (P DP t v, v) = (DP t v, P t v כעת בצעו הצבה w = P t vוהשתמשו בעובדה שהערכים העצמיים של Dחיוביים. הכיוון השני דומה. • קיבעו מי מהמטריצות הבאות הן חיוביות 1 1 1 1 1 2 3 1 −1 1 −1 5 2 = .A ; B = 2 4 5 ; C = ; 1 1 −1 −1 2 5 3 5 6 1 −1 −1 1 • קיבעו את הערכים העצמיים והוקטורים העצמיים של מטריצה Cמהסעיף הקודם .בפרט קבעו את הפולינום האופייני שלה.