1 Løsning og mindste kvadraters løsninger af lineære ligningssystemer

Relaterede dokumenter
BEVISER TIL KAPITEL 7

Løsningsformel til Tredjegradsligningen

Induktionsbevis og sum af række side 1/7

Repetition. Forårets højdepunkter

Simpel Lineær Regression - repetition

Videregående Algoritmik. David Pisinger, DIKU. Reeksamen, April 2005

Statistik Lektion 14 Simpel Lineær Regression. Simpel lineær regression Mindste kvadraters metode Kovarians og Korrelation

Økonometri 1. Funktionel form. Funktionel form (fortsat) Dagens program. Den simple regressionsmodel 14. september 2005

Men tilbage til regression og Chi-i-anden. test. Begge begreber refererer til normalfordelingen med middelværdi μ og spredning σ.

Kvalitet af indsendte måledata

Elementær Matematik. Sandsynlighedsregning

x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

IKKE-KONTINUERTE (DISKRETE) STOKASTISKE VARIABLE MIDDELVÆRDI, VARIANS, SPREDNING FORDELINGER: HYPERGEOMETRISK, BINOMIAL, POISSON

FORDELINGER: HYPERGEOMETRISK FORDELING, BINOMIALFORDELING MIDDELVÆRDI DEFINITION. X er en stokastisk variabel på et endeligt sandsynlighedsfelt ( )

Økonometri 1. For mange variable i modellen. For få variable. Dagens program. Den multiple regressionsmodel 21. september 2004

FACITLISTE TIL KOMPLEKSE TAL

Vi ønsker også at teste hypoteser om parametrene. F.eks: Kan µ tænkes at være 0 (eller anden fast, kendt værdi)? Eksempel: dollarkurser

Kombinatorik. 1 Kombinationer. Indhold

Løsningsforslag til skriftlig eksamen i Kombinatorik, sandsynlighed og randomiserede algoritmer (DM528)

Hvorfor n-1 i stikprøvevariansen?

Eksempel: PEFR. Epidemiologi og biostatistik. Uge 1, tirsdag. Erik Parner, Institut for Biostatistik.

Fordelingen af gentagne observationer (målinger) kan beskrives ved hjælp af et histogram, der viser antallet af målinger i et givet interval.

Scorer FCK "for mange" mål i det sidste kvarter?

Pearsons formel for χ 2 test. Den teoretiske forklaring

De reelle tal. Morten Grud Rasmussen 5. november Se Sætning 3.6 og 3.7 for forskellige formuleringer af egenskaben og dens negation.

Supplement til sandsynlighedsregning og matematisk statistik

Økonometri 1. Instrumentvariabelestimation 26. november Plan for IV gennemgang. Exogenitetsantagelsen. Exogenitetsantagelsen for OLS

Den flerdimensionale normalfordeling

Kombinatorik. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Kombinationer 2

Lineære Normale Modeller

Kombinatorik. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Kombinationer 2

Kombinatoriknoter 2012, Kirsten Rosenkilde 1

Regressions modeller Hvad regresserer vi på og hvorfor? Anders Stockmarr Axelborg statistikgruppe 6/

Spørgsmål 1 (5 %) Bestem sandsynligheden for at batteriet kan anvendes i mere end 5 timer.

Statistisk analyse. Vurdering af usikkerhed i forbindelse med statistiske opgørelser forudsætter:

Motivation. En tegning

Variansanalyse. på normalfordelte observationer af Jens Friis

vejer (med fortegn). Det vil vi illustrere visuelt og geometrisk for (2 2)-matricer og (3 3)-matricer i enote 6.

bestemmes. kendes ( ) A i Subjektiv information + objektiv information Bayesiansk statistik (gang 10) Bayes sætning

Note til Spilteori Mikro 2. år 2. semester Erik Bennike. Note til Spilteori

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

Dagens program. Estimation: Kapitel Eksempler på middelrette og/eller konsistente estimator (de sidste fra sidste forelæsning)

Kontrol af udledninger ved produktion af ørred til havbrugsfisk

hvor i er observationsnummeret, som løber fra 1 til stikprøvestørrelsen n, X i

24. januar Epidemiologi og biostatistik. Forelæsning 1 Uge 1, tirsdag. Niels Trolle Andersen, Afdelingen for Biostatistik.

17 B 17 A 19 B 1 9 C A. Antal boliger: 37 Bolig størrelse: m2. 12 J 7000aa 31 J F 3 31 N 31 M. Tiltag:

Kvantitative metoder 2

Elementær Matematik. Polynomier

antal gange krone sker i første n kast = n

Supplerende noter II til MM04

Statistik 9. gang 1 REGRESSIONSANALYSE. Korrelation (kontrol af model) Regression (tilpasning af model)

Projekt 4.8 De reelle tal og 1. hovedsætning om kontinuerte funktioner

Bølgeudbredelse ved jordskælv

1.0 FORSIKRINGSFORMER

Introduktion til uligheder

Noter om kombinatorik, Kirsten Rosenkilde, februar Kombinatorik

Branchevejledning. ulykker indenfor. godschauffør. området. Branchearbejdsmiljørådet for transport og engros

FY01 Obligatorisk laboratorieøvelse. O p t i k. Jacob Christiansen Afleveringsdato: 3. april 2003 Morten Olesen Andreas Lyder

Statistik ved Bachelor-uddannelsen i folkesundhedsvidenskab

Betænkning om kommunernes udgiftsbehov. Bilag (med metodediskussion af professor Anders Milhøj)

6 Populære fordelinger

Noter om Kombinatorik 2, Kirsten Rosenkilde, februar

12.1 Cayley-Hamilton-Sætningen

Analyse 1, Prøve maj 2009

Definition: Normalfordelingen. siges at være normalfordelt med middelværdi µ og varians σ 2, hvor µ og σ er reelle tal og σ > 0.

4.1 Lineære Transformationer

Statistik Lektion 7. Hypotesetest og kritiske værdier Type I og Type II fejl Styrken af en test Sammenligning af to populationer

Matematik A. Studentereksamen. Forberedelsesmateriale. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet.

Vejledende besvarelser til opgaver i kapitel 15

Test i to populationer. Hypotesetest for parrede observationer Test for ens varians Gensyn med flyskræk!

Meningsmålinger KLADDE. Thomas Heide-Jørgensen, Rosborg Gymnasium & HF, 2017

Renteformlen. Erik Vestergaard

Økonometri 1. Definition og motivation. Definition og motivation. Dagens program. Den multiple regressionsmodel 21. september 2005

Vej Nr. Matr.nr. Areal m² Heraf vej Parter Arresødalvej

13. februar Resumé: En statistisk analyse resulterer ofte i : Et estimat ˆ θ med en tilhørende se( ˆ θ )

Rettevejledning til Økonomisk Kandidateksamen 2006I, Økonometri 1

Sammenligning af to grupper

Introduktion til uligheder

Formelskrivning i Word 2. Sådan kommer du i gang 4. Eksempel med skrivning af brøker 5. Brøker skrevet med småt 6. Hævet og sænket skrift 6

Bilag 2 - Spildevandsplan

9. Binomialfordelingen

Danmarks Tekniske Universitet

29. januar Epidemiologi og biostatistik Forelæsning 2 Uge 1, torsdag 2. februar 2006 Michael Væth, Afdeling for Biostatistik.

Noter om kombinatorik, Kirsten Rosenkilde, februar Kombinatorik

L komponent produceret i linie 1

3y MA, Steen Toft Jørgensen side 1/5 Helsingør Gymnasium. Definitioner, formler, sætninger og ideen i beviserne så det er muligt at huske beviserne.

Kvantitative metoder 2

DOKUMENT: Dato/løbenummer: TINGLYSNINGSDATO:

Samlet partsfortegnelse for Karsemosen Landvindingslag Opstillet i adresseorden

Praktisk info. Statistisk analyse af en enkelt stikprøve: kendt eller ukendt varians Sandsynlighedsregning og Statistik (SaSt) I tirsdags.

Finanskalkulationer Side 1/19 Steen Toft Jørgensen. Finanskalkulationer. avanceret rentesregning. matematiske modeller i økonomi

Projekt 9.1 Regneregler for stokastiske variable middelværdi, varians og spredning

Sandsynlighedsteori 1.2 og 2 Uge 5.

BYPLANVEDTÆGT FOR NØDEBO-OMRÅDET. Byplanvedtægt nr. 41

Branchevejledning. ulykker indenfor. lager. området. Branchearbejdsmiljørådet for transport og engros

Analyse af algoritmer. Algoritmedesign med internetanvendelser ved Keld Helsgaun. Køretid. Algoritmebegrebet D. E. Knuth (1968)

Velkommen. Program. Statistik og Sandsynlighedsregning 2 Sandsynlighedstætheder og kontinuerte fordelinger på R. Praktiske ting og sager

Undersøgelse af numeriske modeller

Statistik Lektion 8. Parrede test Test for forskel i andele Test for ens varians Gensyn med flyskræk!

Transkript:

Løsg og mdste kadraters løsger af leære lggssystemer Def. Lære lggssystemer Et leært lggssystem er et system af m lgger ubekedte, hor dsse ka skres som: a a... a b 2 2... a a... a b m m2 2 m m Dsse systemer ka også skres på matr form således: or løsgsmægde for systemer er de for hlket systemet er kosstet. s systemet ge løsger har, er løsgsmægde tom det sges at systemet er kosstet. eorem.2. [L] Et m homoget system af leære lgger har e kke-trel løsg hs A b m. Bes eorem.2. [L] Et homoget system er altd kosstet ( 0 er altd e løsg). REF forme af matrce har højst m kke-ul rækker. Dered er der også maksmalt m poter. Sde der er ubekedte og m så må der ære e eller flere fre arabler. De fre arabler ka derfor ble get arbtrære ærder og for eher ærd af de fre arable er der e løsg tl systemet. Def. Mdste kadrat Mdste kadrater er e metode bruger tl at lae et best ft af e ge mægde data, således at ma ka strukturere dsse som eksempels e ret lje eller oget tlsarede. Get et m leært lggssystem A b med m (oerdetermeret), så ka kke geerelt forete at fde et resdual: for hlket A b. Derfor hs b r b A m, så for ethert ka forme et Dstace mellem b og A er get ed: b A r or øsker at fde e ektor for hlket r l ære mmal. E ektor ˆ der gør dette sges at ære e mdste kadraters løsg tl systemet A b. Det følgede teorem garaterer at e såda tætteste ektor p kke blot ekssterer, me er uk:

eorem 5.3. [L] m Lad S ære et uderrum ogb m. Da er projektoe p af b på S uk og tættest påb. Altså: b y b p y S ^ y p m E ektor p S l desude ære tættest på e ektor b b p S Bes eorem 5.3. V ed at m S S m. V ka derfor skre b ukt som summe: b p z or p S og z S. Lad ys ^ y p, da gælder der (fra b trækkes p, ge lægges p tl og y trakkes fra): 2 2 b y b p p y Da b p z S og p y S ger Pythagoras lo (la eetuelt tegg): 2 2 2 b y b p p y hor 2 py 0 da p y hlket ger 2 2 b y b p For at se at b p S hs p er ektore tættest på b, atag at qs ^ b q S, da er q p, og så følger samme argumet som oerståede (med y q) Proposto 5.2.4 [N] 2 2 b q b p Systemet A A A b er kosstet, og z er e løsg tl dette system z er e mdste kadraters løsg tl A b. Bes Proposto 5.2.4 Lad p P b Sø A Az p b Az Sø A b Az N A 0 A b Az A b A Az 0 A Az A b Det l sge z er e løsg tl hor p er mdste kadraters løsg tl A b. A Az A b Az p 2

eorem 2.2.9 [N] Lad V ære et F ektorrum, lad,..., V,...,. Et elemet S ka og lad S spa udtrykkes etydgt som e leær kombato af,...,,..., er leært uafhægge. Bes eorem 2.2.9 Da spa,..., ka skre a... a med a,..., a F. Lad os atage at også ka skres som b... b. Så er 0 a... a b... b a b... a b s,..., er leært uafhægge l lgge 0 c... c c 0,..., c. Dette l sge at a b 0 a b så ka skres ukt som e leær kombato af,...,. s,..., er leært afhæge l lgge 0 c... c hae e kke-trel løsg c,..., c så 0 c... c og får at 0 a... a c... c... a c a c or a c a for et eller adet,...,. Så ka kke skres ukt hs,..., er leært afhægge. 3

2 Vektorrum og uderrum Def. Uderum Et kke-tomt delmægde S af et F ektorum V kaldes et uderum hs: (tlsamme kaldet lukkethedsegeskaber) C: y S, af : ay S (skalamultplkato) C2: y, ws : y w S (ekteraddto) Def. Lear trasformato Lad VW, ære F ektorum. E leær trasformato L : V W er e afbldg som respekterer leære strukturer, det l sge følgede er opfyldt:, V, a, a F : L a a a L a L 2 2 2 2 2 2 Def. Ker Lad L : V W ære e lear trasformato. Kere af L er da Ker L V L 0 W Def. Bllede Lad L : V W ære e lear trasformato, lad S V ære et uderrum, da er blledemægde L S ww w L, S eorem 4.. [L] s L : V W er e leær trasformato og S et uderrum afv. Så er. Ker L et uderrum af V 2. LS et uderrum af W Bes teorem 4.. For : Ker L er e kke-tom mægde da 0 V C (skalarmultplkato): Lad Ker V, a C2 (ektoradto):, w Ker L er da et uderum. V og 0 L0. W V F, da gælder La al a0w 0w Ker L Ker L, da gælder L w L Lw 0 0 0 Ker L W W W 4

For 2: LS er kke-tom da 0W L0V LS. C: Lad af, w L for et S, da gælder aw al La. Da a S så La LS C2: Lad w L, w L, S, da gælder w w L L L for et 2 2 2 2 S så L 2 LS LS er da et uderrum. Def. Spa Lad V ære et F ektorrum,,..., V udspæder V ( V spa ektor V ka skres som e lear kombato af,..., V eorem 3.4. [L] og da 2 2 2,..., ) hs og ku hs eher s spa,..., V, så er ethert sæt af m ektorer tlhørede V ære leært afhægge. Bes teorem 3.4. Det mulgt at opskre u for,..., m som e lear kombato af,...,. For e ektor V u a j j j, da ka skres som e lear kombato af u. u... mum m m u a j j j m a j j j m Lad os prøe at løse det homogee lggssystem a j 0. Dette er et lggssystem med m j arable (ubekedte) og lgger. Da m er der flere ubekedte ed der er lgger. Da ekssterer der e kke-trel løsg,..., c c c m. Dette betyder at følgede gælder m c u... c u c u 0 0 m m j j Dered er u,..., u m leært afhægge. 5

eorem 2.2.9 [N] Lad V ære et F ektorrum, lad,..., V,...,. Et elemet S ka og lad S spa udtrykkes etydgt som e leær kombato af,...,,..., er leært uafhægge. Bes eorem 2.2.9 Da spa,..., ka skre a... a med a,..., a F. Lad os atage at også ka skres som b... b. Så er 0 a... a b... b a b... a b s,..., er leært uafhægge l lgge 0 c... c c 0,..., c. Dette l sge at a b 0 a b så ka skres ukt som e leær kombato af,...,. s,..., er leært afhæge l lgge 0 c... c hae e kke-trel løsg c,..., c så 0 c... c og får at 0 a... a c... c... a c a c or a c a for et eller adet,...,. Så ka kke skres ukt hs,..., er leært afhægge. 6

3 Leær uafhægghed Def. Leær uafhægghed Lad V ære et F ektorrum, og lad,..., V Et sæt,..., af ektorer er leært uafhægge c... c 0 c 0,..., c 0 s der fdes e kke-trel løsg tl lggssystemet kaldes,..., afhægge og e af ektorere ka skres som e learkombato af de adre. Def. Spa Lad V ære et F ektorrum,,..., V udspæder V ( V spa ektor V ka skres som e lear kombato af,..., V eorem 3.3. [L] og lad X,..., Lad,...,. Så gælder der,..., ) hs og ku hs eher X er sgulær,..., er leært afhægge Bes eorem 3.3. V har e lgg c... c 0 Der ka skres på matrform: Xc 0 V ed at hs X er ertbel, så har lgge Xc 0 ku løsge c 0, da Xc 0 X Xc X 0 c 0. V ed også at hs lgge Xc 0 ku har løsge c 0 så er X ertbel. (Sætg.4.8 [N]) 7

eorem 3.4. [L] s spa,..., V, så er ethert sæt af m ektorer tlhørede V ære leært afhægge. Bes teorem 3.4. Det mulgt at opskre u for,..., m som e lear kombato af,...,. For e ektor V u a j j j, da ka skres som e lear kombato af u. u... mum m m u a j j j m a j j j m Lad os prøe at løse det homogee lggssystem a j 0. Dette er et lggssystem med m j arable (ubekedte) og lgger. Da m er der flere ubekedte ed der er lgger. Da ekssterer der e kke-trel løsg,..., c c c m. Dette betyder at følgede gælder m c u... c u c u 0 0 m m j j Dered er u,..., u m leært afhægge. 8

eorem 2.2.9 [N] Lad V ære et F ektorrum, lad,..., V,...,. Et elemet S ka og lad S spa udtrykkes etydgt som e leær kombato af,...,,..., er leært uafhægge. Bes eorem 2.2.9 Da spa,..., ka skre a... a med a,..., a F. Lad os atage at også ka skres som b... b. Så er 0 a... a b... b a b... a b s,..., er leært uafhægge l lgge 0 c... c c 0,..., c. Dette l sge at a b 0 a b så ka skres ukt som e leær kombato af,...,. s,..., er leært afhæge l lgge 0 c... c hae e kke-trel løsg c,..., c så 0 c... c og får at 0 a... a c... c... a c a c or a c a for et eller adet,...,. Så ka kke skres ukt hs,..., er leært afhægge. 9

4 Bass for ektorrum; koordatserg Def. Ordet bass Lad V ære et F ektorrum, og lad,..., V,..., er e ordet bass for V hs.,..., er leært uafhægge 2.,..., udspæder V Normalt er rækkefølge rreleat, me sse tlfælde ka det ære ødedgt at hae dem ordet (lket det bl.a. er for koordatserg) eorem 3..3 [N] Lad V ære et F ektorrum, e bass deholdt,..., V 0, som er udspædt af edelg mage ektorer,...,. Da har V Bes eorem 3..3 [N] Idukto. Altså dukto atallet af ektorer de udspædede mægde. Bass : V ed at for V. V 0 og at V spa, derfor er 0 så Iduktoshypotese V atager at udsaget gælder for et ektorrum udspædt af ektorer. Iduktosskrdt V l gere se at det gælder for et ektorrum udspædt af ektorer. Lad V spa,...,. er leært uafhægge, så er s,...,,..., e bass for V. er leært uafhægge og derfor e bass s,..., er leært afhægge, så ka é af dem skres som e leærkombato af de adre. Efter omummererg ka atage at c... c duktoshypotese har V e bass deholdt,...,. I begge tlfælde har V e bass deholdt,...,. Def. Koordatserg Lad V spa,..., og følge. Me så er,..., ære e ordet bass for V. Lad V ; ka skres etydgt som e leær kombato af,...,, c... c. 0

c Der fdes således et etydgt elemet... F, som ager koordatere for mht. V. Dette kaldes c koordatektore for mht. V og skrer Lemma 3.3.2 [N] Koordatserg bearer leær struktur, ds:. w w 2. r r c... c Bes Lemma 3.3.2 : Lad w,, skr c... c, w d... d. w c d c d og så gælder der Da er... c d c d c d c d w......... w 2: Lad, skr c... c da er r rc... rc og rc c rc c r... r... r Proposto 3.3.7 [N] Lad U u,..., u, V,..., Lad b b ære to ordede baser for et F ektorrum W. K Mat, Der gælder. K er ertbel F ære get ed søjleform som 2. ww : w K w Vb Ub u u... Vb Vb 3. K er de etydge matr Mat F således at, 2 gælder.

Bes Proposto 3.3.7 : Atag at K... 0 så V b... u 0 u... u u VB Idet at koordatserg bearer leær struktur. Så u... u 0 og da u,..., u er leært uafhægge, er de eeste løsg tl K 0 løsge 0. Da 0 er de este løsg er K ertbel. 2: V udtrykker u som e leær kombato af,..., Vb u k... k hor k... k u Vb som er de te søjle K Skr w cu... cu så w U b c... c V dsætter u......... c k... c k... c k... c k w c k k c k k så kc... k c w Kc K w Vb k c... kc Ub 2

3: Atag at w K ' w for alle w W Vb Ub Dette gælder specelt for u for,..., ' te søjle K u K ' u K ' e ì ' te søjle K ' K og K ' har altså samme søjler og derfor er Note for bes: u e ' te plads Ub V b Ub K' K. 0... da u udtrykket s ege base er u.... 0 3

5 Matrcer og leære trasformatoer Def. Lear trasformato Lad VW, ære F ektorrum. E leær trasformato L : V W er e afbldg som respekterer leære strukturer, det l sge følgede er opfyldt: Sætg 4.2. [N] Lad L :, V, a, a F : L a a a L a L 2 2 2 2 2 2 m F F ære e leær trasformato. Defer M LMat m, Så er L M L for alle Bes Sætg 4.2. Lad F. M L L e,..., L e F, ka da skres som... F ed ML er de etydge matr med dee egeskab. e e. V bereger der leær trasformato på dee... Le... Le L L e e Le,..., Le... M L Atag at der u fdes e ade matr M ' LMat F med ' Søjlere ML og dee egeskab. m, ì ' tesøjle M L Le M ' Le ì ' tesøjle M ' L M ' L er es, og da er M ' L M L. L M L. Så gælder der at M L er da de etydge matr med 4

Dagram V l gere se at dette dagram kommuterer: Sætg 4.2.4 [N] Lad, VW ære F ektorrum. Lad V og W w w b,.., Lad L : V W ære e lear trasformato. Defer Så er L M L egeskab. for alle V Wb Wb, Vb Vb MW, V L L,..., L W b b b Wb, og at M b,..., ære ordede baser for V og W. Wb, Vb Bes Sætg 4.2.2 Lad V så ka skres som... og dered er L er de etydge matr med dee V b... La u de leære trasformato på. Lad os u se på koordatserge af dee... L... L L L... L L L W b Wb... L L W b Wb L,..., L... W b Wb M L Wb, Vb Vb 5

Lad os u atage der fdes e ade matr M ' LMat F hor L M ' L Dette gælder specelt for,..., så Wb, Vb m, Wb Wb, Vb Vb ì ' te søjle M L, L M ', L M ', L e ì ' te søjle M ', L W V W V W V W V Så søjlere M Wb, Vb b b W b b V b b b b b b M L og M' L er es og derfor er M ' L M L Wb, Vb Wb, Vb L de etydge matr med dee egeskab. Def. Ker Lad L : V W ære e lear trasformato. Kere af L er da Ker L V L 0 W Wb, Vb Wb, Vb. Derfor er Def. Bllede Lad L : V W ære e lear trasformato, lad S V ære et uderrum, da er blledemægde L S ww w L, S eorem 4.. [L] s L : V W er e leær trasformato og S et uderrum afv. Så er 3. Ker L et uderrum af V 4. LS et uderrum af W Bes teorem 4.. For : Ker L er e kke-tom mægde da 0 V C (skalarmultplkato): Lad Ker V, a C2 (ektoradto):, w Ker L er da et uderum. V og 0 L0. W V F, da gælder La al a0w 0w Ker L Ker L, da gælder L w L Lw 0 0 0 Ker L W W W For 2: LS er kke-tom da 0W L0V LS. C: Lad af, w L for et S, da gælder aw al La. Da a S så La LS C2: Lad w L, w L, S, da gælder w w L L L for et 2 2 2 2 S så L 2 LS LS er da et uderrum. og da 2 2 2 6

6 Determater Def. Determat l eher For e For e matr er det mulgt at assocere e skalar det A a. matr er matr er A a A a A det... med de te række og j te søjle slettet. A j kaldes kofaktor for A og det A. hor j Aj det Mj M j kaldes morer af A Det er lgegyldgt om hlke række eller søjle udkler fra eorem 2..2 [L] F, da gælder at det A det A Lad A Mat, Bes eorem 2..2 Dette er et duktosbes oer Bass : Dette gælder tralt da A A det A det A Iduktoshypotese: V atager at det gælder for alle kk matrcer. Iduktosskrdt: V skal se det gælder for alle k k matrcer. Lad AMat kk, F da er og M j er matrce A A a M a M a M det det det... det 2 2 er er alle M matrcer kk og ka bruge duktoshypotese: j A a M a2 M2 a M det det det... det Da a det M a2 det M2... a det M blot er det det A det A A udklet efter første søjle: 7

eorem 2.2.2 [L] F er sgulær A A Mat, det 0 Bes eorem 2.2.2 Det er mulgt at rækkereducere A tl RREF ed edelgt mage rækkeoperatoer, så V tager u determate på begge sder Da det 0 A E... k E A Ek E A det E...det E det A det det... E for,..., k ford E er e elemetær rækkeoperato, så gælder der at k det 0 det 0. s A er sgulær så l hae e ul-række og ka udkle lags dee og få det 0. s A er ertbel så l I og da er eorem 2.3. [L] (Cramers regel) Lad AMat, F ære ertbel og lad bf. Lad søjle A med b. De etydge løsg ˆ tl systemet A Bes eorem 2.3. A b er de etydge løsg tl A Og for,..., det A ˆ,,..., det A b. Så har det. A ære matrce der fås ed erstatte de te b er get ed; ˆ A b adj A b det A ' te række adj Ab det A det det det A b A... A b A A 8

7 Egeærder og egeektorer Def. Egeærd og egeektor Lad AMat F F er e egeærd for A hs der fdes F \ 0,, A kaldes da for e egeektore tl A assoceret tl. Def. Egerum Ved omskrg af deftoe oefor får Løsgsrummet N A I egeektorer tl e ge egeærd. Def. Smlartet Lad B A B AI 0 kaldes for egerummet tl matrce A. Egerummet består af alle Mat F. B sges at ære smlar tl A hs der ekssterer e matr,, S AS eorem 6.. [L] Lad A, BMat, F ære smlare. Da er pa pb Bes eorem 6.. Da A og B er smlare ka B skres som Lad os berege pb B B S AS. det p B I det det det det det det p A S AS I S A I S S det A I S S det A I I det A I AI, så S Mat, F så: 9

Def. Dagoalserbar F. A er dagoalserbar hs der ekssterer e ertbel matr Lad A Mat, V Mat, F så or D er dagoal. eorem 6.3.2 [L] Lad A Mat, D V AV F. A er dagoalserbar A har lear uafhægge egeektorer Bes eorem 6.3.2 Lad,..., ære lear uafhægge egeektorer tl A med tlhørede egeærd. Lad X,..., da er AX A,..., A,...,,..., XD Da X har leært uafhægge søjleektorer, så er X ertbel. Så A er altså dagoalserbar. A er u dagoalserbar og derfor AX XD X AX X XD X AX D X AX D XX AX XD AX XD d X,...,, D d Lad så d XD d d d,...,,..., 20

Da AX XD ( ka gage med e på begge sder for at plle første søjle ud) må d,..., d må ære egeærder for A med tlhørede egeektorer,...,. Ford X er ertbel er,..., lear uafhægge. 2

8 Dagoalserg Def. Egeærd og egeektor Lad AMat F F er e egeærd for A hs der fdes F \ 0,, A kaldes da for e egeektore tl A assoceret tl. Def. Dagoalserbar F. A er dagoalserbar hs der ekssterer e ertbel matr Lad A Mat,, så V Mat, F så or D er dagoal. eorem 6.3.2 [L] Lad A Mat, D V AV F. A er dagoalserbar A har lear uafhægge egeektorer Bes eorem 6.3.2 Lad,..., ære lear uafhægge egeektorer tl A med tlhørede egeærd. Lad X,..., da er AX A,..., A,...,,..., XD Da X har leært uafhægge søjleektorer, så er X ertbel. Så A er altså dagoalserbar. A er u dagoalserbar og derfor AX XD X AX X XD X AX D X AX D XX AX XD AX XD 22

d X,...,, D d Lad så Da AX d XD d d d,...,,..., XD ( ka gage med e på begge sder for at plle første søjle ud) må d,..., d må ære egeærder for A med tlhørede egeektorer,...,. Ford X er ertbel er,..., lear uafhægge. Def. Utær U Mat, er utær, hs søjlere U udgør e ortoormalbass for E matr. Def. ermtsk matr A Mat, er hermte sk hs E matr eorem..9 [N] (Schurs teorem) A A A Lad. Der fdes e utær matr A Mat, Bes eorem..9 Beser er ed dukto oer. Bass relt det alle matrcer er øretragulære. Iduktoshypotese U Mat, så Mat. V atager at udsaget gælder for alle matrcer Iduktosskrdt A Mat, Lad, U AU er e øretrekatsmatr. og lad ære e egeærd for A, med tlsarede egeektor. V ka arragere at. ka uddes tl e bass for dee bass, får e ortoormalbass,..., for Lad U Mat,,...,. U er da utær ed kostrukto. V har da ( pller først søjle af U AU ud) U AU e U A U U U e e., og ed at aede Gram-schmdt på V ka altså skre 23

U AU 0 r A or 0 er e søjleektor og r er e rækkeektor med dgage. C Mat, så Ifølge duktoshypotese så ekssterer der e matr øretrekatsmtr. Defer u U 2 0 0 C C AC er øre e Matrce U 2 er utær da de sdste søjler udgør e ortoormal mægde, og her for sg er ortogoale på de første søjle, som er e ehedsektor. Så er produktet U UU 2også utær. V l se at U AU er øre-tragulær. Da blokstørelsere matrcere er es ka bruge blok matr multplkato. U AU U U AU U 2 2 0 C 0 A 0 C 0 C A 0 C 0 r 0 r 0 0 0 rc C AC rc B Dee matr er øre tragulær da B (fra duktoshypotese) er det. 24

eorem..0 [N] (Spektralsætg for hermte ske matrcer) Lad A Mat, så U Mat, ære hermte sk. Så ka A dagoalseres, ds der fdes e utær matr Er dagoal med reelle dagoaldgage. Bes eorem..0 U AU U Mat, så Ifølge Schurs sætg fdes der e utær matr øretrekatsmatr. er hermte sk da: Me U AU U U A U AU U AU er e t 0 0 0 t t, t t 0 0 0 t Da må t, j 0 for j og da t, t, må t, ære reel. er da e dagoalmatr med reelle dgage. 25

9 Idre produkt Def. Idre produkt Et dre produkt på et reelt ektorrum V er e fukto, :VV, således at for alle, y, z V, a, b :., 0 med lghed 0 2., y y, 3. a by, z a, z b y, z Def. Norm og ortogoaltet Lad V ære et ektorrum med dre produkt,. Norme, også kaldt lægde af V er da deferet tl, y V er ortogoale hs, eorem 6..4 [N] (Pythagoras) y, 0 Lad V ære et reelt ektorrum med dre produkt,, og lad u, V ære ortogoale. Da gælder 2 2 2 u u Bes eorem 6..4 V bereger 2 u ed brug af dre produkt, : 2 u u, u u, u, 2 u, u, u, u 2 2 2 u, forsder da u. 26

Def. Vektorprojekto Lad V ære et reelt ektorrum med dre produkt,, og lad u, V med 0 så er p u,, Vektorprojektoe af u på. jælpelemma 6..6 [N] (ge bes) Lad V ære et reelt ektorrum med dre produkt,, og lad u, V med 0 og lad p ære ektorprojektoe af u på.. u p, er ortogoale 2. u p u er et skalarmultplum af eorem 6..7 [N] (Cauchy-Schwarz ulghede) Lad V ære et reelt ektorrum med dre produkt,, og lad u, V. Da gælder u, u Og lghed gælder hs, og ku hs, u, er leært afhægge. Bes eorem 6..7 s 0, da er u, 0 u og u, er klart leært afhægge. s 0, så lad p ære ektorprojektoe af u på. u p, er da ortogoale (følge lemma 6..6) og derfor er u p, p det også. Pythagoras ger da: 2 2 2 u u p p lket ger at hs ma løser forhold tl 2 p og dsætter deftoe af p 2 Som ka løses forhold tl u, : 2 2 2 u u p p u, 2 2 u, 2 u 2 2 u p 2 2 u 2 2 lket da ger u, u 27

Lghed gælder hs, og ku hs V, og derfor leært afhægge. 2 u p 0 u p. Lemma 6..6 sger at så er u et skalarmultplum af 28

0 Ortogoalkomplemet og projekto Def. Ortogoalkomplemet Lad Y ære et uderrum Y y 0y Y Kaldes ortogoalkomplemetet tl Y. jælpelemma 5..6 [N] A Mat, så er N A Sø A eorem 5..7. [N] Lad S ære et uderrum. Da er S også et uderrum med dms dms Bes eorem 5..7. s S 0, så er s S, lad,..., R S S og dm S dm s 0. 0 r ære e bass for S. Lad X,..., r. Da er S Sø X Sø X Lemma 5..6 sger da at S Sø X N X proposto 2..8). Dmesoe udreges: dm. N X atal søjler X rak X rak X r dm S. Derfor må N X er et uderrum (følge 29

eorem 5..7.2 [N] s S e bass for 0, S, og,..., r er e bass for S og,..., r er e bass for S, så er,...,. Bes eorem 5..7.2 Ifølge sætg 3..4 er det ok at se at,..., er uafhægge. Atag at c... c c... c 0 r r r r Lad da y c... cr r, z cr r... c. Så y S, z S. Så har y z 0 y z y, z S S 0 Dette betyder altså at: For y : c... cr r 0 c 0,..., cr 0 For w : cr r... c 0 cr 0,..., c 0 lsamme ger dette: c... cr r cr r... c 0 c 0,..., c 0 og dered er,..., uafhægge. 30

eorem 5.5.7 [L] Lad S ære et uderrum af et dreproduktrum V med dre produkt,. Lad,..., ære e ortoormalbass for S og lad V. s or p c c, Så p S. Bes eorem 5.5.7 [Ædret ldt] V l gere se at p, y 0 y S Lad y a... a da: p, y p, a... a p, a j j j j j j 0 a p, a p,, a c, c a c, c a c c 3

Ortogoale og ortoormale baser Def. Ortogoal mægde Lad V ære et dre-produkt rum. Lad mægde.,..., \ 0 V. s, 0, j er,..., e ortogoal j eorem 5.5. [L] Lad V ære et dre-produkt rum. Lad,..., V ære e ortogoal mægde, så er,..., leært uafhægge. Bes eorem 5.5. Atag at c... c 0 For j,..., tag det dre produkt på begge sder af udregge Da, 0 år j fås j c,..., 0 j c j c c, 0 j j j j j 2 0 Da er e del af e ortogoal mægde er 0, hlket medfører at j,..., er dered leært uafhægge. j 2 0. Dered må c 0 og j j Def. Bass Lad V ære et F ektorrum, og lad,..., V,..., er e bass hs.,..., er leært uafhægge 2.,..., udspæder V Def. Ortoormal mægde E ortogoal mægde u u er ortoormal u, u hor j j j 0 j j 32

eorem 5.6. [L] (Gram-Schmdt processe) Lad V ære et dre-produktrum med dre produkt,. Lad,..., ære e bass for V. Defer Og defer u,..., 2 u rekurst ed u p k k k k pk or for k,..., Altså de ortogoale projekto af k Da er,..., k u p, u u..., u u k k k k k spa u u. på k u u e ortoormal bass for ortoormal bass for V. Bes eorem 5.6. Lad S spa k Idukto k : Bass k :,..., k for k,...,. spa,..., k for k,..., Det er klart at u er e ehedsektor med samme retg som Iduktoshypotese: Atag at,..., k Iduktosskrdt: Lad u u er e ortoormal bass for p k ære projektoe af k Da k k og p på S spa u u k u,..., u e. Specelt er spa u spa S. og at spa,..., k Sk for k,..., k. Sætg 6.4.4 ger da p, u u..., u u k k k k k S ka de skres som e lear kombato af,..., k. p c... c k k k k pk k c... ck k 0 33

Da højresde er e kke-trel ( c' er er kke alle 0) learkombato af,..., k. Desude er p spa,..., S k k k k Ifølge sætg 6.4.4 så er k p k S og dered er k k pk u for,..., k. Lad u uk k pk. Så er u,..., uk e ortoormal mægde og er deholdt Sk. p k k Da u,..., uk er k uafhægge elemeter rummet Sk af dmeso k udgør de e bass, og u,..., uk er e ortoormal bass for k S. Iduktosskrdtet er taget og resultatet dermed best. 34

2 Ortogoale og utære matrcer Def. Ortoormalt mægde E ortogoal mægde u u er ortoormal u, u hor j j j 0 j j Def. Ortogoalmatr Q Mat, er e ortogoalmatr hs søjlere Q udgør e ortoormalbass for E matr eorem 5.5.5 [L] Q Mat, er e ortogoalmatr Q Q I Bes eorem 5.5.5 Lad os berege QQ,j te dgag. Q Q q q j q, q j j j 0 j j Q Mat, Derfor gælder det at er e ortogoalmatr Q Q I. Def. Utær U Mat, er utær, hs søjlere U udgør e ortoormalbass for E matr. Def. ermtsk matr A Mat, er hermte sk hs E matr eorem..9 [N] (Schurs teorem) A A A Lad. Der fdes e utær matr A Mat, Bes eorem..9 Beser er ed dukto oer. Bass relt det alle matrcer er øretragulære. Iduktoshypotese U Mat, så Mat. V atager at udsaget gælder for alle matrcer, U AU er e øretrekatsmatr. 35

Iduktosskrdt A Mat, og lad ære e egeærd for A, med tlsarede egeektor. Lad V ka arragere at. ka uddes tl e bass for dee bass, får e ortoormalbass,..., for Lad U Mat,,...,. U er da utær ed kostrukto. V har da ( pller først søjle af U AU ud) V ka altså skre U AU e U A U U U e e., og ed at aede Gram-schmdt på U AU 0 r A or 0 er e søjleektor og r er e rækkeektor med dgage. C Mat, så Ifølge duktoshypotese så ekssterer der e matr øretrekatsmtr. Defer u U 2 0 0 C C AC er øre e Matrce U 2 er utær da de sdste søjler udgør e ortoormal mægde, og her for sg er ortogoale på de første søjle, som er e ehedsektor. Så er produktet U UU 2også utær. V l se at U AU er øre-tragulær. Da blokstørelsere matrcere er es ka bruge blok matr multplkato. U AU U U AU U 2 2 0 C 0 A 0 C 0 C A 0 C 0 r 0 r 0 0 0 rc C AC rc B Dee matr er øre tragulær da B (fra duktoshypotese) er det. 36

eorem..0 [N] (Spektralsætg for hermte ske matrcer) Lad A Mat, så U Mat, ære hermte sk. Så ka A dagoalseres, ds der fdes e utær matr Er dagoal med reelle dagoaldgage. Bes eorem..0 U AU U Mat, så Ifølge Schurs sætg fdes der e utær matr øretrekatsmatr. er hermte sk da: Me U AU U U A U AU U AU er e t 0 0 0 t t, t t 0 0 0 t Da må t, j 0 for j og da t, t, må t, ære reel. er da e dagoalmatr med reelle dgage. 37

3 Utær dagoalserg Def. Utær U Mat, er utær, hs søjlere U udgør e ortoormalbass for E matr. Def. ermtsk matr A Mat, er hermte sk hs E matr eorem..9 [N] (Schurs teorem) A A A Lad. Der fdes e utær matr A Mat, Bes eorem..9 Beser er ed dukto oer. Bass relt det alle matrcer er øretragulære. Iduktoshypotese U Mat, så Mat. V atager at udsaget gælder for alle matrcer Iduktosskrdt A Mat, Lad, U AU er e øretrekatsmatr. og lad ære e egeærd for A, med tlsarede egeektor. V ka arragere at. ka uddes tl e bass for dee bass, får e ortoormalbass,..., for Lad U Mat,,...,. U er da utær ed kostrukto. V har da ( pller først søjle af U AU ud) U AU e U A U U U e e., og ed at aede Gram-schmdt på V ka altså skre U AU 0 r A or 0 er e søjleektor og r er e rækkeektor med dgage. C Mat, så Ifølge duktoshypotese så ekssterer der e matr øretrekatsmatr. Defer u U 2 0 0 C C AC er øre e 38

Matrce U 2 er utær da de sdste søjler udgør e ortoormal mægde, og her for sg er ortogoale på de første søjle, som er e ehedsektor. Så er produktet U UU 2også utær. V l se at U AU er øre-tragulær. Da blokstørelsere matrcere er es ka bruge blok matr multplkato. U AU U U AU U 2 2 0 C 0 A 0 C 0 C A 0 C 0 r 0 r 0 0 0 rc C AC rc B Dee matr er øre tragulær da B (fra duktoshypotese) er det. eorem..0 [N] (Spektralsætg for hermte ske matrcer) Lad A Mat, så U Mat, ære hermte sk. Så ka A dagoalseres, ds der fdes e utær matr Er dagoal med reelle dagoaldgage. Bes eorem..0 U AU Ifølge Schurs sætg fdes der e utær matr øretrekatsmatr. er hermte sk da: Me U Mat, så U AU U U A U AU U AU er e 39

t 0 0 0 t t, t t 0 0 0 t Da må t, j 0 for j og da t, t, må t, ære reel. er da e dagoalmatr med reelle dgage. 40

4 Kadratske former Def. Kadratsk form E kadratsk form er e fukto : Grude tl de kaldes e kadratsk form er: s Så f A f get ed..., A a j, hor a a f......... a a a... a...... a... a a a a a A Mat,.......... V ser at alle led dgår der mdst to er, hlket er grude tl at de kaldes e kadratsk form. Eksempel 0 y 2y y y y 2y y y y 2 2 eorem.3.3 (oedaksesætge) A Mat, ære symmetrsk, og lad,..., ære A s egeærder, talt med multplctet. Lad R Mat, Der fdes e rotatosmatr og e tlsarede rotato af koordater u R så A u... u 2 2 For alle 4

Bes teorem.3.3 Ifølge spektralsætge så fdes der e ortoormal bass,..., for egeektorer. Så,..., er e ortoormal matr. Lad beståede af A s,..., hsdet,..., R,..., hsdet,..., R er da e rotatosmatr, hs søjler er egeektorer for A og som udgør e ortoormal bass for V har da. R AR, or,..., er egeærdere tl,...,, så A R R V har da for alle A R R u u hor u R u... u 2 2 Def. Post deft Lad A Mat, A er post deft hs: \ 0 : A 0 eorem 6.6.2 [L] A Mat, ære symmetrsk. Lad A er post deft A s egeærder alle er poste. 42

Bes eorem 6.6.2 Lad ære e egeærd for A med tlhørede egeektor. Da A 2 Dette medfører A 0 2 Det l sge at eher egeærd er post. Da A symmetrsk ka A følge spektralsætge dagoalseres og der ekssterer e ortoormalbass,..., for hor,..., er A s egeektorer. Lad \ 0 så ka skres som e lear kombato af,..., a... a or a, for,..., og 2 2 a (bare bereg, a... a, a... a )...... a... a a A... a A a... a a... a A a a A a a j a... a 2 2 0 2 2 a 2 a a m j j (usk at 0 hs j j 43

5 Leære dfferetallgger Def. Leære dfferetallgger Et geerelt dfferetallggsystem skres som f,..., ' f,..., ' Et leær dfferetaltlggssystem er på forme er et system hor afbldge trasformato. De har da e stadard matr repræsetato A. I kke-matr form: a... a ' f er e leær a... a ' or er e dfferetabel fukto. Dette ka skres kompakt på matrform s har lgge Som l ble løst æste bes. Lemma 0.. [N] Lad,a lgge ar e etydg løsg : Bes 0.. s c d ' ' ' A a t z med z0 a get ed z t e t e cd t ct dt e e ct e cos dt s dt e a 44

d dt e e dt dt e d dt d dt ct e c d dt dt t ct ct cos s s cos e ct cos s dt e ct dt e e e e cd t t Så e opfyldet ' me har startærd. V gager derfor t geem hele beregge oefor. V fder derfor ud af at startærd z0 a. Er dee så etydg? V atager at der ekssterer e fukto startærd y0 a. V kgger på fuktoe e t y t t z t t e med a som er e kostat, som går e a er e løsg tl ' med yt som er e løsg tl og l se horda dee ædrer sg, dffereterer altså d e t y t e t y t e t y t dt ' t e y ' t y t t e y t y t 0 ' med Så fuktoe e de ger: t y t er altså kostat. Derfor må dsætte hlke som helst ærd for t og se had Dee lgg løser forhold tl Altså er yt zt de etydge løsg tl 0 0 0 t e y t e y y a ' t e y t a y t y t a e ae t z t t med startærd z0 a. 45

eorem 2.2.2 (Putzers algortme) Lad Lad P0 A Mat, I og for k,..., or Så gælder. Lad,..., ære egeærder for A, talt med multplctet. k, Pk A ji og defer j Qt r t Pk k k0 r t e t og defer r k duktt for k 2,..., ed Q0 Bes eorem 2.2.2 V ser at Så V ser at A kommuterer med med t kt I og Q' t AQt Qt A. r t 0 ks rk e e rk s ds e 0 0 k0 0 k s k k : r t e e r s ds 0 k Qt. Dette ger os at Qt A AQt V l u gere se at Q' t AQt Så har derfor at Q 0 r 0 P P I k k k k0 A I for,..., så de kommuterer med P0,..., P og derfor også.. Først l dfferetere r k for k. t d r t e e r s ds e e r t dt kt k s kt kt k k k k 0 t kt ks k k k 0 k k k e e r s ds r t r t r t 46

k k 0 k 0 Q ' t r ' t P k r t r t P k k k k Og har at Q ' t AQ t r t r t P A r t P k k k k k k k0 k0 k 0 k 0 0 r t A I P r t P k k k k k r t P r t P r k k k k t P Det sdste gælder da Cayley amlto sætge sger at Q' t AQ t 0 Q' t AQ t og sætge er best. A I... A I P 0. Da 47

6 Marko Processor Def. Marko Process E Marko Process er e sekes af hædelser med følgede egeskaber. Sættet af tlstade er edelgt 2. De æste tlstad afhæger ku af de forrge tlstad 3. Sadsylghedere ed hædelsesskft er kostate Def. Sasyelghedsektor E ektor med kke-egate dgage og såda at summe af des dgage er kaldes e sadsylghedsektor. Def. Stokastsk Matr A Mat, er e stokastsk matr hs her af des søjler her er e sadsylghedsektor. E matr Eksempel 0,8 0 0,2 er e sadsylghedsektor. De fortæller at 80% kører Lambogh og 20% kører Fat. A 0, 0, 2 0,9 0,8 fortæller at 0% af dem der kører Lambogh gør det også ed e hædelse, mes 20% af dem der kører Fat skfter tl Lambogh. 90% skfter fra Lambogh tl Fat og 80% af dem der kører Fat bler ed med det. A 0 0, 0, 2 0,8 0,9 0,8 0, 2 0,0,8 0,20,2 0,9 0,8 0,8 0,2 0,08 0,04 0, 72 0,6 0,2 0,88 48

Lemma 0.2.4 [N] Lad e.... Lad 2. Lad. A Mat, med kke-egate dgage, er e sadsylghedsektor e ære e matr med kke-egate dgage. A er stokastsk e A e Bes Lemma 0.2.4 : e... hs og ku hs er e sadsylghedsektor. 2: Skr A a a,...,. Så:,..., e A e a e a,..., e s og ku hs a,..., a er sadsylghedsektorer. Lemma 0.2.7 [N] A Mat, ære e stokastsk matr. Lad Så er e egeærd for A. Bes Lemma 0.2.7 Lad os berege Ae V ser at e er e egeektor tl for A e e e A e A. Derfor er Så p 0 og derfor er e egeærd tl A. A A p 0. Me: A det p A I det det p A AI A I 49

eorem 6.3.4 [L] s A er e stokastsk matr med domat egeærd så l Marko række koergere mod e steady-state ektor. Bes eorem 6.3.4 s A er dagoalserbar: Lad y ære egeektore tl (Så A YDY ), så år k. Lad Y y y,..., ære e matr der dagoalserer A D k k k 0 E k 0 Og hs 0 er e sadsylghedsektor og Så cy bler steady-state ektore. c Y 0 så: A YD Y YD c YEc Y c e c y k k k k 0 0 s A kke er dagoalserbar ka dette stadg beses, me dette er ude for pesum. 50