Algebra lineare. Laboratorio di programmazione e calcolo CdL in Chimica. Pierluigi Amodio

Documenti analoghi
RICHIAMI SULLE MATRICI. Una matrice di m righe e n colonne è rappresentata come

2.1 Definizione di applicazione lineare. Siano V e W due spazi vettoriali su R. Un applicazione

Appunti di Algebra Lineare. Antonino Salibra

Informatica Grafica. Un introduzione

x 1 + x 2 3x 4 = 0 x1 + x 2 + x 3 = 0 x 1 + x 2 3x 4 = 0.

Pierangelo Ciurlia, Riccardo Gusso, Martina Nardon

Il programma OCTAVE per l insegnamento dell algebra lineare nella Scuola Secondaria p. 1

Algebra Lineare e Geometria

Autovalori e Autovettori

Diagonalizzazione di matrici e applicazioni lineari

Universita degli Studi di Roma Tor Vergata Facolta di Ingegneria Elettronica

Universita degli Studi di Roma Tor Vergata Facolta di Ingegneria - Edile ed Edile-Architettura

Federico Lastaria. Analisi e Geometria 2. Matrici simmetriche. Il teorema spettrale. 1/24

Tutorato di GE110. Universitá degli Studi Roma Tre - Corso di Laurea in Matematica

1 Regole generali per l esame. 2 Libro di Testo

Università degli Studi di Roma Tor Vergata. Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Esercizi su Autovalori e Autovettori

Chiusura lineare. N.B. A può essere indifferentemente un insieme, finito o no, o un sistema. Es.1. Es.2

Prof. Stefano Capparelli

Applicazioni lineari

CAPITOLO IV RISOLUZIONE DEI SISTEMI LINEARI COL METODO DEI DETERMINANTI

3 Applicazioni lineari e matrici

LEZIONE 23. Esempio Si consideri la matrice (si veda l Esempio ) A =

Matematica B - a.a 2006/07 p. 1

SISTEMI LINEARI QUADRATI: METODI ITERATIVI

LEZIONI DI ALGEBRA LINEARE PER LE APPLICAZIONI FINANZIARIE

Rango: Rouchè-Capelli, dimensione e basi di spazi vettoriali.

f(x, y, z) = (x + ky + z, x y + 2z, x + y z) f(x, y, z) = (x + 2y z, x + y z, x + 2y) F (f(x)) = (f(0), f(1), f(2))

Università degli Studi di Roma La Sapienza Laurea in Ingegneria Energetica A.A Programma del corso di Geometria Prof.

Appunti del corso di Metodi numerici e ottimizzazione

Lezioni del corso di Geometria e Algebra. prof. Michele Mulazzani dott. Alessia Cattabriga

Matrice rappresent. Base ker e img. Rappresentazione cartesiana ker(f) + im(f).

Siano V e W due spazi vettoriali. La definizione seguente é è tra quelle basilari per il corso di Matematica B. L : V W

Metodi iterativi per sistemi lineari

LA GEOMETRIA ANALITICA DELLO SPAZIO. Liceo G. GALILEI - Verona Venerdì 10 Aprile 2015 CONVEGNO MATHESIS VERONA

Lezioni di Geometria e Algebra. Fulvio Bisi, Francesco Bonsante, Sonia Brivio

I polinomi 1; x;x 2 ;x 3 sono linearmente indipendenti; infatti. 0= x+ 3 x x 3 =) 1 = 2 == 4 =0

Corso di Calcolo Numerico

TEMA Della seguente matrice, calcolare i complementi algebrici e il determinante: a + b 1 a 2 S = a + b + 3 a + 2b. x = t. f = x 2 + 2xy 3y 2,

Appunti di Algebra Lineare

Ripasso di Calcolo Scientifico: Giulio Del Corso

LE FIBRE DI UNA APPLICAZIONE LINEARE

CORSO DI LAUREA INF TWM ANNO DI IMMATRICOLAZIONE MATRICOLA

(V) (FX) Z 6 è un campo rispetto alle usuali operazioni di somma e prodotto.

Corso di Analisi Numerica - AN1. Parte 2: metodi diretti per sistemi lineari. Roberto Ferretti

Grazie ai Colleghi di Geometria del Dipartimento di Matematica dell Università degli Studi di Torino per il loro prezioso contributo. Grazie al Prof.

Richiami di algebra lineare e geometria di R n

ISTITUZIONI DI MATEMATICA I. (prof. M.P.Cavaliere) SPAZI VETTORIALI SU R

Appunti di Algebra Lineare e Matrici

NUMERI COMPLESSI. Test di autovalutazione

4. Operazioni elementari per righe e colonne

Prova scritta di Geometria 2 Prof. M. Boratynski

Prodotto elemento per elemento, NON righe per colonne Unione: M R S

Parte 2. Determinante e matrice inversa

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA

1 Applicazioni Lineari tra Spazi Vettoriali

Corso di Analisi Numerica

Appunti dalle lezioni di Calcolo Numerico

LEZIONE 17. B : kn k m.

Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Analisi Numerica

GEOMETRIA I Corso di Geometria I (seconda parte)

Corso di Matematica per la Chimica

Syllabus: argomenti di Matematica delle prove di valutazione

Lezioni di Algebra Lineare III. Applicazioni lineari e matrici Struttura algebrica delle soluzioni dei sistemi lineari

Spazi lineari - PARTE II - Felice Iavernaro. Dipartimento di Matematica Università di Bari. 9 e 16 Marzo 2007

APPLICAZIONI LINEARI

Corso di Geometria e Algebra Lineare - Sezione di Metodi Numerici

Forme bilineari e prodotti scalari. Definizione Dato lo spazio vettoriale V (K) sul campo K, una funzione. b :

Facoltà di Ingegneria anno accademico 2007/08 Registro dell'attività didattica. Calcolo 2 [40214]

PARTE TERZA. STATISTICA DESCRITTIVA MULTIDIMENSIONALE (Analisi delle Relazioni)

LEZIONE 16. Proposizione Siano V e W spazi vettoriali su k = R, C. Se f: V W

Parte 3. Rango e teorema di Rouché-Capelli

Rette e piani con le matrici e i determinanti

MATRICI E DETERMINANTI

STRUTTURE ALGEBRICHE

1 Numeri Complessi, Formula di Eulero, Decomposizioni Notevoli,... ecc.

ANALISI DEL CONDIZIONAMENTO DI UN SISTEMA LINEARE

Condizionamento del problema

Esame di Geometria - 9 CFU (Appello del 28 gennaio A)

15 febbraio Soluzione esame di geometria - 12 crediti Ingegneria gestionale - a.a COGNOME... NOME... N. MATRICOLA...

Appunti per il Corso di Fondamenti di Algebra Lineare e Geometria

Esercizio 2 Si consideri la funzione f definita dalle seguenti condizioni: e x. per x 1 f(x) = α x + e 1 per 1 < x

Esercizi su lineare indipendenza e generatori

Analisi Matematica di circuiti elettrici

Note sull uso di R per l Algebra Lineare

LEZIONE 14. a 1,1 v 1 + a 1,2 v 2 + a 1,3 v a 1,n 1 v n 1 + a 1,n v n = w 1

TECNICHE DI CONTROLLO

7 Esercizi e complementi di Elettrotecnica per allievi non elettrici. Circuiti elementari

UNIVERSITÀ CATTOLICA DEL SACRO CUORE. Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali ALGEBRA II UNITÀ. M. Chiara Tamburini

ANALISI DEI DATI PER IL MARKETING 2014

Corrado Zanella. Modelli Geometrici. applicabili in Meccanica dei Solidi, Robotica, Visione Computazionale

METODI ITERATIVI PER SISTEMI LINEARI

Documentazione esterna al software matematico sviluppato con MatLab

sezioni incluso Espandi tutto 0. Elementi di matematica elementare (parzialmente incluso) Sezione 0.1: I numeri reali Sezione 0.2: Regole algebriche.

MATEMATICA GENERALE Prova d esame del 4 giugno FILA A

Lezione 9: Cambio di base

I numeri complessi. Mario Spagnuolo Corso di Laurea in Fisica - Facoltà di Scienze - Università Federico II di Napoli

Parte 6. Applicazioni lineari

CAPITOLO V. DATABASE: Il modello relazionale

NOTA 3. VETTORI LIBERI e VETTORI APPLICATI. Negli esempi visti sono stati considerati due tipi di vettori :

Transcript:

Algebra lineare Laboratorio di programmazione e calcolo CdL in Chimica Pierluigi Amodio Dipartimento di Matematica Università di Bari pierluigi.amodio@uniba.it http://dm.uniba.it/ amodio A.A. 2016/17 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 1 / 19

definizione una matrice A è un insieme ordinato di numeri, ciascuno dei quali è identificato da due indici che rappresentano la riga e la colonna A = a 11 a 12... a 1n a 21 a 22... a 2n... a m1 a m2... a mn = (a ij) la matrice ha dimensione m n se è definita tramite m righe e n colonne; gli indici in ciascun elemento rappresentano la posizione nella matrice (indice di riga e colonna) P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 2 / 19

esempi matrice quadrata (m = n), triangolare (quadrata con aij = 0 se i > j o i < j), diagonale (quadrata con a ij = 0 se i j), tridiagonale (quadrata con a ij = 0 se i j > 1), a banda (quadrata con aij = 0 se k 1 i j k 2 ) matrice identica I (diagonale con aii = 1), nulla O (aij = 0) P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 3 / 19

operazioni Sulle matrici è possibile definire le seguenti operazioni algebriche addizione C = A + B: c ij = a ij + b ij sottrazione C = A B: c ij = a ij b ij moltiplicazione (elevamento a potenza) C = AB: c ij = trasposto B = A T : b ij = a ji k a is b sj Una operazione corrispondente alla divisione serve a risolvere sistemi lineari s=1 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 4 / 19

proprietà Valgono tutte le proprietà esclusa la commutatività per il prodotto. associativa (A + (B + C) = (A + B) + C e A(BC) = (AB)C) commutativa (A + B = B + A) distributiva (A(B + C) = AB + AC, (A + B) T = A T + B T e (AB) T = B T A T ) ((A T ) T = A) P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 5 / 19

operazioni tra scalari e matrici L unica operazione ammissibile per cui non deve essere verificata la compatibilità tra le dimensioni è l operazione B = αa, dove A è una qualsiasi matrice e α è uno scalare. Ovviamente A/α è da intendersi come 1 α A P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 6 / 19

vettori un vettore è una particolare matrice con un sola riga o una sola colonna; ciascun elemento è identificato da un solo indice per le operazioni tra vettori valgono le stesse propretà definite per le matrici (non vale il prodotto ma è possibile definire il prodotto scalare ed un prodotto di rango 1) dati k vettori x 1, x 2,..., x k si definisce combinazione lineare α 1 x 1 + + α k x k k vettori x 1, x 2,..., x k sono linearmente indipendenti se α 1 x 1 + + α k x k = 0 se e solo se α 1 = = α k = 0 2 vettori x e y sono ortogonali se x T y = 0; vettori ortogonali sono linearmente indipendenti P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 7 / 19

spazio vettoriale R insieme di vettori con n elementi su cui sono definite le operazioni di somma (tra vettori) e prodotto (scalare per vettore); il vettore con tutti gli elementi uguali a 0 è detto vettore nullo un sottoinsieme E di R n è detto sottospazio vettoriale di R n se, fissati x, y E e α R si ha x + y E e αx E una base di uno spazio vettoriale è il più piccolo insieme di vettori con i quali è possibile definire tutti gli elementi dello spazio; il numero di vettori nella base definisce la dimensione R n ha dimensione n k vettori e tutte le loro combinazioni lineari definiscono uno spazio vettoriale; se i vettori sono linearmente indipendenti tale spazio ha dimensione k P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 8 / 19

sistemi lineari un sistema lineare è un equazione (sistema di equazioni) del tipo Ax = b in cui x è l incognita range di A (range(a)) è lo spazio generato dalle colonne di A rango (caratteristica) di A (rank(a)) è la dimensione di questo spazio ( (m, n)) teorema (di Rouchè Capelli): il sistema lineare Ax = b ha soluzione se e solo se rank(a) rank([a b]) P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 9 / 19

teorema di Rouchè Capelli Indicato con k = rank(a) si ha k = m (la matrice A ha rango massimo): k < m: non può essere m > n m = n: il sistema ha una soluzione m < n: il sistema ha n m soluzioni rank([a b]) = k il sistema ha n k soluzioni rank([a b]) > k il sistema non ha soluzioni; può aver senso calcolare una soluzione approssimata, cioè un vettore x per cui Ax b P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 10 / 19

esempi ( 1 3 2 ) 5 3 0 1 2 ( ) ( ) 1 3 x1 = 4 5 x 2 x 1 x 2 x 3 x 4 ( ) 1 2 ( ) 6 = 2 ( 2 1 3 4 2 6 ) 1 x x 2 = x 3 ( ) c 1 2 5 3 ( ) 8 4 7 x1 = 11 x 2 1 2 1 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 11 / 19

sistemi omogenei Un sistema lineare è detto omogeneo se il termine noto coincide con il vettore nullo. In questo caso esiste sempre una soluzione in quanto rank(a) rank([a b]) (la soluzione banale che ha tutti i valori uguali a 0). Seguendo quanto detto precedentemente, se k = rank(a), esempi: k = n = m: il sistema ha 1 soluzione. k < n: il sistema ha n k soluzioni ( 1 3 1 soluzione 4 5 5 6 ( ) 0 x1 = 1 soluzione 3 1 7 4 x 2 2 soluzioni 0 0 ( 5 2 3 ) 4 2 0 3 1 ) ( ) x1 = x 2 x 1 x 2 x 3 x 4 ( ) 0 0 ( ) 0 = 0 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 12 / 19

matrici quadrate se una matrice ha lo stesso numero di righe e colonne è detta quadrata il determinante di una matrice quadrata è un numero che, se diverso da 0, ci dice che la matrice ha rango massimo; in questo caso la matrice è detta non singolare se A è non singolare, è possibile definire la sua inversa A 1, cioè una matrice con le stesse dimensioni di A e tale che AA 1 = A 1 A = I la matrice inversa gode delle seguenti proprietà: (A 1 ) 1 = A (A 1 ) T = (A T ) 1 (AB) 1 = B 1 A 1 I 1 = I P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 13 / 19

sistemi lineari quadrati se A è non singolare, esiste ed è unica la soluzione del sistema lineare Ax = b x = A 1 b regola di Kramer: se det(a) 0, il sistema lineare Ax = b ha un unica soluzione che può essere ottenuta tramite la formula x i = det(b i) det(a) dove B i è la matrice ottenuta sostituendo in A la i-esima colonna con b. poichè il determinante è molto costoso da calcolare si preferisce ottenere la soluzione mediante metodi di eliminazione P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 14 / 19

autovalori ed autovettori Sia A una matrice quadrata: si chiama autovalore di A ogni soluzione λ complessa di det(a λi ) = 0 dove I è la matrice identica analogamente un autovalore λ è tale che esiste almeno una soluzione non nulla del sistema Ax = λx (cioè il sistema omogeneo (A λi )x = 0 ha soluzioni non banali); il vettore non nullo x è detto autovettore di A ed è determinato a meno di una costante una matrice n n ha al più n autovalori nel campo complesso; se λ è complesso, anche λ è un autovalore il più grande autovalore in modulo di A è detto raggio spettrale e si indica con ρ(a) se un autovalore di A è uguale a 0, allora A è singolare P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 15 / 19

matrici simmetriche Sia A una matrice quadrata: una matrice A quadrata è detta simmetrica se a ij = a ji gli autovalori di matrici simmetriche sono reali gli autovettori corrispondenti ad autovalori distinti sono ortogonali esistono n autovettori ortogonali tra loro P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 16 / 19

norme vettoriali si definisce norma (e si indica con ) una funzione che associa a ciascun vettore o matrice un numero; per i vettori la norma deve soddisfare le seguenti condizioni: x 0 e x = 0 solo quando il vettore x è nullo λx = λ x x + y x + y esempi di norme vettoriali n x 1 = x i x 2 = ( n x T x = i=1 x = max i x i i=1 x 2 i ) 1/2 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 17 / 19

norme matriciali le norme matriciali in più devono soddisfare la seguente proprietà: AB A B esempio: norma di Frobenious m A F = n i=1 j=1 a 2 ij 1/2 P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 18 / 19

norme matriciali indotte m A 1 = max a ij j i=1 A 2 = ρ(a T A) A = max i n a ij j=1 A = max x Ax x P. Amodio (pierluigi.amodio@uniba.it) algebra lineare 2016/17 19 / 19