線形代数 2021. 07. 19 2021. 06.
2021. 05. 28 「表現行列②」では基底変換行列を用いて表現行列を求めていこうと思います! 「 表現行列① 」では定義から表現行列を求めましたが, 今回の求め方も試験等頻出の重要単元です. 是非しっかりマスターしてしまいましょう! 極私的関数解析：入口. 「表現行列②」目標 ・基底変換行列を用いて表現行列を計算できるようになること 表現行列 表現行列とは何かということに関しては「 表現行列① 」で定義しましたので, 今回は省略します. まず, 冒頭から話に出てきている基底変換行列とは何でしょうか? それを定義するところからはじめます 基底の変換行列 基底の変換行列 ベクトル空間\( V\) の二組の基底を \( \left\{\mathbf{v_1}, \mathbf{v_2}, \cdots, \mathbf{v_n}\right\}, \left\{\mathbf{u_1}, \mathbf{u_2}, \cdots, \mathbf{u_n}\right\}\) とし ベクトル空間\( V^{\prime}\) の二組の基底を \( \left\{ \mathbf{v_1}^{\prime}, \mathbf{v_2}^{\prime}, \cdots, \mathbf{v_m}^{\prime}\right\} \), \( \left\{ \mathbf{u_1}^{\prime}, \mathbf{u_2}^{\prime}, \cdots, \mathbf{u_m}^{\prime} \right\} \) とする. 線形写像\( f:\mathbf{V}\rightarrow \mathbf{V}^{\prime}\)に対して, \( V\) と\( V^{\prime}\) の基底の間の関係を \( (\mathbf{v_1}^{\prime}, \mathbf{v_2}^{\prime}, \cdots, \mathbf{v_m}^{\prime}) =(\mathbf{v_1}, \mathbf{v_2}, \cdots, \mathbf{v_n})P\) \( (\mathbf{u_1}^{\prime}, \mathbf{u_2}^{\prime}, \cdots, \mathbf{u_m}^{\prime}) =( \mathbf{u_1}, \mathbf{u_2}, \cdots, \mathbf{u_n})Q\) であらわすとき, 行列\( P, Q \)を基底の変換行列という.
では, ここからは実際に正規直交基底を作る方法としてグラムシュミットの直交化法 というものを勉強していきましょう. グラムシュミットの直交化法 グラムシュミットの直交化法 グラムシュミットの直交化法 内積空間\(\mathbb{R}^n\)の一組の基底\(\left\{\mathbf{v_1}, \mathbf{v_2}, \cdots, \mathbf{v_n}\right\}\)に対して次の方法を用いて正規直交基底\(\left\{\mathbf{u_1}, \mathbf{u_2}, \cdots, \mathbf{u_n}\right\}\)を作る方法のことをグラムシュミットの直交化法という. (1)\(\mathbf{u_1}\)を作る. \(\mathbf{u_1} = \frac{1}{ \| \mathbf{v_1} \|}\mathbf{v_1}\) (2)(k = 2)\(\mathbf{v_k}^{\prime}\)を作る \(\mathbf{v_k}^{\prime} = \mathbf{v_k} – \sum_{i=1}^{k – 1}(\mathbf{v_k}, \mathbf{u_i})\mathbf{u_i}\) (3)(k = 2)を求める. \(\mathbf{u_k} = \frac{1}{ \| \mathbf{v_k}^{\prime} \|}\mathbf{v_k}^{\prime}\) 以降は\(k = 3, 4, \cdots, n\)に対して(2)と(3)を繰り返す. 上にも書いていますが(2), (3)の操作は何度も行います. だた, 正直この計算方法だけ見せられてもよくわからないかと思いますので, 実際に計算して身に着けていくことにしましょう. 正規直交基底 求め方 4次元. 例題:グラムシュミットの直交化法 例題:グラムシュミットの直交化法 グラムシュミットの直交化法を用いて, 次の\(\mathbb{R}^3\)の基底を正規直交基底をつくりなさい. \(\mathbb{R}^3\)の基底:\(\left\{ \begin{pmatrix} 1 \\0 \\1\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 0 \\1 \\2\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 2 \\5 \\0\end{pmatrix} \right\}\) 慣れないうちはグラムシュミットの直交化法の計算法の部分を見ながら計算しましょう.
それでは, 力試しに問を解いていくことにしましょう. 問:グラムシュミットの直交化法 問:グラムシュミットの直交化法 グラムシュミットの直交化法を用いて, 次の\(\mathbb{R}^3\)の基底を正規直交基底をつくりなさい. \(\mathbb{R}^3\)の基底:\(\left\{ \begin{pmatrix} 1 \\-1 \\1\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 1 \\1 \\1\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 3 \\1 \\1\end{pmatrix} \right\}\) 以上が「正規直交基底とグラムシュミットの直交化」です. なかなか計算が面倒でまた、次何やるんだっけ?となりやすいのがグラムシュミットの直交化法です. 何度も解いて計算法を覚えてしまいましょう! それでは、まとめに入ります! 「正規直交基底とグラムシュミットの直交化」まとめ 「正規直交基底とグラムシュミットの直交化」まとめ ・正規直交基底とは内積空間\(V \) の基底に対して, \(\mathbf{v_1}, \mathbf{v_2}, \cdots, \mathbf{v_n}\)のどの二つのベクトルを選んでも直交しそれぞれ単位ベクトルである ・グラムシュミットの直交化法とは正規直交基底を求める方法のことである. 正規直交基底 求め方. 入門線形代数記事一覧は「 入門線形代数 」
\( \mathbb{R}^3\) の基底:\( \left\{ \begin{pmatrix} 1 \\-2 \\0\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} -2 \\-1 \\-1\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 1 \\3 \\2\end{pmatrix} \right\} \) \( \mathbb{R}^2\) の基底:\( \left\{ \begin{pmatrix} 2 \\3\end{pmatrix}, \begin{pmatrix} 1 \\1\end{pmatrix} \right\}\) 以上が, 「表現行列②」です. この問題は線形代数の中でもかなり難しい問題になります. やることが多く計算量も多いため間違いやすいですが例題と問を通してしっかりと解き方をマスターしてしまいましょう! では、まとめに入ります! 「表現行列②」まとめ 「表現行列②」まとめ ・表現行列を基底変換行列を用いて求めるstepは以下である. 固有ベクトル及び固有ベクトルから対角化した行列の順番の意味[線形代数] – official リケダンブログ. (step1)基底変換の行列\( P, Q \) を求める. 入門線形代数記事一覧は「 入門線形代数 」