Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Samankaltaiset tiedostot
5 Lineaariset yhtälöryhmät

Vektoreiden virittämä aliavaruus

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

10 Matriisit ja yhtälöryhmät

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II Syksy 2009 Laskuharjoitus 1 ( ) Ratkaisuehdotuksia Vesa Ala-Mattila

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

2.5. Matriisin avaruudet ja tunnusluvut

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

A = a b B = c d. d e f. g h i determinantti on det(c) = a(ei fh) b(di fg) + c(dh eg). Matriisin determinanttia voi merkitä myös pystyviivojen avulla:

Ennakkotehtävän ratkaisu

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Johdatus lineaarialgebraan

Insinöörimatematiikka D

Vapaus. Määritelmä. Vektorijono ( v 1, v 2,..., v k ) on vapaa eli lineaarisesti riippumaton, jos seuraava ehto pätee:

Determinantit. Kaksirivinen determinantti. Aiheet. Kaksirivinen determinantti. Kaksirivinen determinantti. Kolmirivinen determinantti

Insinöörimatematiikka D

Gaussin ja Jordanin eliminointimenetelmä

Insinöörimatematiikka D

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Insinöörimatematiikka D

Johdatus lineaarialgebraan

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

Johdatus lineaarialgebraan

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarinen yhtälöryhmä

Johdatus lineaarialgebraan

Käänteismatriisin ominaisuuksia

Insinöörimatematiikka D

802118P Lineaarialgebra I (4 op)

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

Vektorien virittämä aliavaruus

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Ominaisarvo ja ominaisvektori

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

Oppimistavoitematriisi

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Insinöörimatematiikka D

JAKSO 2 KANTA JA KOORDINAATIT

Aiheet. Kvadraattinen yhtälöryhmä. Kvadraattinen homogeeninen YR. Vapaa tai sidottu matriisi. Vapauden tutkiminen. Yhteenvetoa.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Matriisilaskenta. Harjoitusten 3 ratkaisut (Kevät 2019) 1. Olkoot AB = ja 2. Osoitetaan, että matriisi B on matriisin A käänteismatriisi.

Oppimistavoitematriisi

Liittomatriisi. Liittomatriisi. Määritelmä 16 Olkoon A 2 M(n, n). Matriisin A liittomatriisi on cof A 2 M(n, n), missä. 1) i+j det A ij.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Determinantti. Määritelmä

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Insinöörimatematiikka D

s = 11 7 t = = 2 7 Sijoittamalla keskimmäiseen yhtälöön saadaan: k ( 2) = 0 2k = 8 k = 4

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Determinantti. Määritelmä

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Kaksirivisen matriisin determinantille käytämme myös merkintää. a 11 a 12 a 21 a 22. = a 11a 22 a 12 a 21. (5.1) kaksirivine

Matriisit, kertausta. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Aiheet. Määritelmiä ja merkintöjä. Laskutoimitukset. Matriisikaavoja. Matriisin transpoosi

Tehtäväsarja I Kertaa tarvittaessa materiaalin lukuja 1 3 ja 9. Tarvitset myös luvusta 4 määritelmän 4.1.

2.8. Kannanvaihto R n :ssä

Käänteismatriisi 1 / 14

LINEAARIALGEBRA I. Hannu Honkasalo. Helsingin yliopiston matematiikan laitos v w u ...

Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt Laskuharjoitus 1 / vko 44

Johdatus lineaarialgebraan. Juha Honkala 2017

Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

Matemaattinen Analyysi, s2016, L2

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Ratkaisuehdotukset LH 3 / alkuvko 45

Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

Aiheet. Kvadraattinen yhtälöryhmä. Kvadraattinen homogeeninen YR. Vapaa tai sidottu matriisi. Vapauden tutkiminen. Yhteenvetoa.

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

Ortogonaalinen ja ortonormaali kanta

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

Insinöörimatematiikka D

9 Matriisit. 9.1 Matriisien laskutoimituksia

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

HY / Avoin yliopisto Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II, kesä 2015 Harjoitus 1 Ratkaisut palautettava viimeistään maanantaina klo

8 KANNAT JA ORTOGONAALISUUS. 8.1 Lineaarinen riippumattomuus. Vaasan yliopiston julkaisuja 151

Ominaisarvoon 4 liittyvät ominaisvektorit ovat yhtälön Ax = 4x eli yhtälöryhmän x 1 + 2x 2 + x 3 = 4x 1 3x 2 + x 3 = 4x 2 5x 2 x 3 = 4x 3.

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Esimerkki 8. Ratkaise lineaarinen yhtälöryhmä. 3x + 5y = 22 3x + 4y = 4 4x 8y = r 1 + r r 3 4r 1. LM1, Kesä /68

Lineaarialgebra a, kevät 2018

x 2 x 3 x 1 x 2 = 1 2x 1 4 x 2 = 3 x 1 x 5 LINEAARIALGEBRA I Oulun yliopisto Matemaattisten tieteiden laitos 2014 Esa Järvenpää, Hanna Kiili

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 1. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

Johdatus matematiikkaan

Ortogonaalisen kannan etsiminen

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

, on säännöllinen 2-ulotteinen pinta. Määrää T x0 pisteessä x 0 = (0, 1, 1).

Matriisialgebra harjoitukset, syksy x 1 + x 2 = a 0

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Insinöörimatematiikka D

Lineaarialgebra II, MATH.1240 Matti laaksonen, Lassi Lilleberg

LU-hajotelma. Esimerkki 1 Matriisi on yläkolmiomatriisi ja matriisi. on alakolmiomatriisi. 3 / 24

Determinantti 1 / 30

Transkriptio:

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I 17.5.2017 Helsingin yliopisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos Martina Aaltonen, martina.aaltonen@helsinki.fi, 1/18

Siirry istumaan jonkun viereen. Kaikilla on oltava pari. Jos et tunne vieruskaveriasi, esittäydy hänelle., 2/18

Siirry istumaan jonkun viereen. Kaikilla on oltava pari. Jos et tunne vieruskaveriasi, esittäydy hänelle. Mikä on ollut antoisaa matematiikan opiskelussa tähän mennessä? Mikä on ollut vaikeaa?, 2/18

Eräänä aurinkoisena päivänä Kumpulan kasvitieteellisen puutarhan robotti-ruohonleikkuri liikkuu perustilassa eteen ja taaksepäin kahteen suuntaan: vektorin (0, 1) suuntaan ja vektorin (1, 0) suuntaan. Eräänä aurinkoisena päivänä ruohonleikkurin osuminen kiveen kohdassa (3, 3) muutti liikesuuntia siten, että ruohonleikkuri liikkuukin vektoreiden (1, 2) ja ( 1, 2) suuntiin eteen ja taaksepäin. Puutarhatyöntekijä kantaa robottileikkurin lähtöpisteeseen (0, 0) korjausta varten ja laittaa sen kokeeksi päälle., 3/18

Eräänä aurinkoisena päivänä Kumpulan kasvitieteellisen puutarhan robotti-ruohonleikkuri liikkuu perustilassa eteen ja taaksepäin kahteen suuntaan: vektorin (0, 1) suuntaan ja vektorin (1, 0) suuntaan. Eräänä aurinkoisena päivänä ruohonleikkurin osuminen kiveen kohdassa (3, 3) muutti liikesuuntia siten, että ruohonleikkuri liikkuukin vektoreiden (1, 2) ja ( 1, 2) suuntiin eteen ja taaksepäin. Puutarhatyöntekijä kantaa robottileikkurin lähtöpisteeseen (0, 0) korjausta varten ja laittaa sen kokeeksi päälle. Miten voisitte osoittaa täsmällisesti, että ruohonleikkuri ei voi uudestaan osua kiveen kohdassa (3, 3)? Miten kysymys muotoutuu matematiikan kielellä?, 3/18

Johdatus porrasmatriiseihin Yhtälöryhmän ratkaisussa on 3x + 6y + 3z = 9 2x + 4y + 3z = 4 5x + 11y + 8z = 11 (a) x = 1. (b) x = 2. (c) x = 3. (d) Ei mikään edellisistä. (e) Aika loppui kesken!, 4/18

Johdatus porrasmatriiseihin Yhtälöryhmän ratkaisussa on x + 2y + z = 3 y + z = 0 z = 2 (a) x = 1. (b) x = 2. (c) x = 3. (d) Ei mikään edellisistä. (e) Aika loppui kesken!, 5/18

Johdatus porrasmatriiseihin Yhtälöryhmän ratkaisussa on x = 1 y = 2 z = 2 (a) x = 1. (b) x = 2. (c) x = 3. (d) Ei mikään edellisistä. (e) Aika loppui kesken!, 6/18

Paranneltu helikopteri Lapset osallistuivat LUMA-tiedeleirille, jossa helikopterin ohjausominaisuuksia paranneltiin ja helikopteriin lisättiin videokamera. Helikopteria voi ohjata nyt eteen ja taaksepäin vektorin ( 3, 4, 10) suuntaan vektorin (2, 1, 17) suuntaan, vektorin (15, 4, 8) suuntaan ja vektorin (1, 2, 24) suuntaan., 7/18

Paranneltu helikopteri Lapset haluaisivat lennättää helikopterin Chemicumin pääovilta koordinaateista (0, 0, 0) Kumpulan maauimalan hyppytorniin, jonka koordinaatit ovat (4, 11, 8). Helikopteria voi siis ohjata eteen ja taaksepäin vektoreiden ( 3, 4, 10), (2, 1, 17), (15, 4, 8) ja (1, 2, 24) suuntaan. Kysymys siitä, voivatko lapset onnistua muotoutuu matematiikan kielellä seuraavasti:, 8/18

Paranneltu helikopteri Lapset haluaisivat lennättää helikopterin Chemicumin pääovilta koordinaateista (0, 0, 0) Kumpulan maauimalan hyppytorniin, jonka koordinaatit ovat (4, 11, 8). Helikopteria voi siis ohjata eteen ja taaksepäin vektoreiden ( 3, 4, 10), (2, 1, 17), (15, 4, 8) ja (1, 2, 24) suuntaan. Kysymys siitä, voivatko lapset onnistua muotoutuu matematiikan kielellä seuraavasti: "Onko vektori (4, 11, 8) vektoreiden ( 3, 4, 10), (2, 1, 17), (15, 4, 8) ja (1, 2, 24) lineaarikombinaatio?", 8/18

Paranneltu helikopteri Määritelmän nojalla vektori (4, 11, 8) on vektoreiden ( 3, 4, 10), (2, 1, 17), (15, 4, 8) ja (1, 2, 24) lineaarikombinaatio jos ja vain jos löytyy sellaiset reaaliluvut a, b, c ja d R, joilla pätee a( 3, 4, 10) + b(2, 1, 17) + c(15, 4, 8) + d(1, 2, 24) = (4, 11, 8). Miten kysymystä reaalilukujen a, b, c ja d olemassaolosta voisi lähteä selvittämään?, 9/18

Paranneltu helikopteri Miten kysymystä reaalilukujen a, b, c ja d olemassaolosta voisi lähteä selvittämään? Aloitetaan muodostamalla yhtälöstä a( 3, 4, 10)+b(2, 1, 17)+c(15, 4, 8)+d(1, 2, 24) = (4, 11, 8). yhtälöryhmä 3a +2b +15c +1d = 4 4a b +4c +2d = 11 10a +17b 8c +24d = 8 Luvut a,b,c,d R löytyvät jos ja vain jos tällä yhtälöryhmällä on yksi tai useampia ratkaisuja.., 10/18

Ekvivalentit yhtälöryhmät Määritelmä: Yhtälöryhmiä kutsutaan ekvivalenteiksi, jos niillä on täsmälleen samat ratkaisut., 11/18

Yhtälöryhmän 3a +2b +15c +1d = 4 4a b +4c +2d = 11 10a +17b 8c +24d = 8 ratkaisuja tai niiden olemassaoloa ei ole helppo suoraan nähdä yhtälöryhmästä (niin kuin viime luennolla huomattiin). Ratkaisujen olemassaolon selvittämiseksi lähdetään nyt etsimään toista yhtälöryhmän kanssa ekvivalenttia yhtälöryhmää, josta ratkaisujen olemassaolon voi nähdä suoraan.., 12/18

Alkeisrivitoimitukset yhtälöryhmälle Mistä tiedetään, mitkä yhtälöryhmät ovat keskenään ekvivalentit?, 13/18

Alkeisrivitoimitukset yhtälöryhmälle Mistä tiedetään, mitkä yhtälöryhmät ovat keskenään ekvivalentit? Lause: Yhtälöryhmät ovat ekvivalentit jos ja vain jos ne saadaan toisistaan alkeisrivitoimituksilla. Alkeisrivitoimitukset: 1) Vaihdetaan kahden rivin paikkaa yhtälöryhmässä. 2) Kerrotaan jokin rivi nollasta poikkeavalla reaaliluvulla. 3) Lisätään johonkin riviin jokin toinen rivi reaaliluvulla kerrottuna., 13/18

Alkeisrivitoimitukset matriiseille Matriisien käsitteleminen on helpompaa kuin yhtälöryhmien ja alkeisrivitoimitukset kannattaa tehdä suoraan matriiseille. Seuraavat kolme operaatiota ovat matriisien alkeisrivitoimituksia: 1) Vaihdetaan kahden rivin paikka matriisissa. 2) Kerrotaan jokin rivi nollasta poikkeavalla reaaliluvulla. 3) Lisätään johonkin riviin jokin toinen rivi reaaliluvulla kerrottuna., 14/18

Alkeisrivitoimitukset matriiseille Matriisien käsitteleminen on helpompaa kuin yhtälöryhmien ja alkeisrivitoimitukset kannattaa tehdä suoraan matriiseille. Seuraavat kolme operaatiota ovat matriisien alkeisrivitoimituksia: 1) Vaihdetaan kahden rivin paikka matriisissa. 2) Kerrotaan jokin rivi nollasta poikkeavalla reaaliluvulla. 3) Lisätään johonkin riviin jokin toinen rivi reaaliluvulla kerrottuna. Alkeisrivitoimituksille käytetään seuraavia lyhennysmerkintöjä R i R j : vaihdetaan rivien i ja j paikat (i j). ar i : kerrotaan rivi i luvulla a 0. R i + br j : lisätään riviin i rivi j luvulla b kerrottuna (i j)., 14/18

Määritelmä: Matriisi A on riviekvivalentti matriisin B kanssa, jos B saadaan matriisista A alkeisrivitoimituksilla. Lause: Jos yhtälöryhmiä vastaavat matriisit ovat riviekvivalentit, yhtälöryhmät ovat ekvivalentit (eli niillä on täsmälleen samat ratkaisut)., 15/18

Porrasmuotoinen matriisi Matriisi on porrasmatriisi, jos seuraavat ehdot toteutuvat: 1) mahdolliset nollarivit ovat alimpina 2) kullakin rivillä ensimmäinen nollasta poikkeava alkio, ns. johtava alkio, on ylemmän rivin johtavan alkion oikealla puolella., 16/18

Porrasmuotoinen matriisi Matriisi on porrasmatriisi, jos seuraavat ehdot toteutuvat: 1) mahdolliset nollarivit ovat alimpina 2) kullakin rivillä ensimmäinen nollasta poikkeava alkio, ns. johtava alkio, on ylemmän rivin johtavan alkion oikealla puolella. Matriisi on redusoitu porrasmatriisi, jos seuraavat ehdot toteutuvat: 1) matriisi on porrasmatriisi 2) jokaisen rivin johtava alkio on 1 3) jokainen johtava alkio on sarakkeensa ainoa nollasta poikkeava alkio., 16/18

Muodostetaan yhtälöstä Yhtälöryhmästä matriisi a( 3, 4, 10)+b(2, 1, 17)+c(15, 4, 8)+d(1, 2, 24) = (4, 11, 8). yhtälöryhmä ja siitä edelleen matriisi 3a +2b +15c +1d = 4 4a b +4c +2d = 11 10a +17b 8c +24d = 8 3 2 15 1 4 4 1 4 2 11. 10 17 8 24 8, 17/18

Tehtävä: Muokatkaa parin kanssa matriisi 3 2 15 1 4 4 1 4 2 11. 10 17 8 24 8 alkeisrivitoimitusten avulla porrasmuotoiseksi matriisiksi ja sitten redusoiduksi porrasmatriisiksi. Kirjoittakaa sitten redusoitua porrasmuotoista matriisia vastaava yhtälöryhmä., 18/18