26.3

Ортогонализация (26.42-26.48)

[7/86%]
Показать
LaTeX
Задача 26.42

Ортогонализовать следующие системы векторов арифметического пространства со стандартным скалярным произведением:

?
(1)

[13−2]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 3 \\ -2\end{smallmatrix}\right], [37−2]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 7 \\ -2\end{smallmatrix}\right];

(2)

[210−1],[3626]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 1 \\ 0 \\ - 1\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 6 \\ 2 \\ 6\end{smallmatrix}\right]

(3)

[131],[513],[16−8]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 3 \\ 1\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 5 \\ 1 \\ 3\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 6 \\ - 8\end{smallmatrix}\right]

(4)

[212],[622],[14−3]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 1 \\ 2\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 6 \\ 2 \\ 2\end{smallmatrix}\right], \quad \left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 4 \\ - 3\end{smallmatrix}\right]

(5)

[123],[211],[6−7−2]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 2 \\ 3\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 1 \\ 1\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 6 \\ -7 \\ - 2\end{smallmatrix}\right]

(6)

[1212]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \\ 2\end{smallmatrix}\right], [4041]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 0 \\ 4 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [113−1−3]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 13 \\ -1 \\ -3\end{smallmatrix}\right]

(7)

[1−1−11]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ - 1 \\ - 1 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [2332]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 3 \\ 3 \\ 2\end{smallmatrix}\right], [4402]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 4 \\ 0 \\ 2\end{smallmatrix}\right], [1−5−5−1]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ -5 \\ -5 \\ -1\end{smallmatrix}\right]

Задача 26.43

В евклидовом пространстве E\mathcal{E} выбран ортонормированный базис е. В нем заданы координаты векторов базиса а подпространства L⊆E\mathcal{L} \subseteq \mathcal{E}. С помощџю процесса ортогонализации найти в ee координатные столбцы векторов ортонормированного базиса в L\mathcal{L} и выписать матрицу перехода от базиса а к этому базису:

?
(1)

[31],[9−7]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 1\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 9 \\ -7\end{smallmatrix}\right]

(2)

[110],[20−1],[003]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 1 \\ 0\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 0 \\ - 1\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 0 \\ 0 \\ 3\end{smallmatrix}\right]

(3)

[11−22]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 1 \\ -2\sqrt{2}\end{smallmatrix}\right], [3−1−2]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ -1 \\ -\sqrt{2}\end{smallmatrix}\right], [42−2]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 2 \\ -\sqrt{2}\end{smallmatrix}\right]

(4)

[111−1]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \\ - 1\end{smallmatrix}\right], [331−1]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 3 \\ 1 \\ - 1\end{smallmatrix}\right], [31−13]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 1 \\ - 1 \\ 3\end{smallmatrix}\right], [1−133]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ - 1 \\ 3 \\ 3\end{smallmatrix}\right]

(5)

[1212]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \\ 2\end{smallmatrix}\right], [2301]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 3 \\ 0 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [32−12]\left[\begin{smallmatrix} 3 \\ 2 \\ -1 \\ 2\end{smallmatrix}\right], [4121]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 1 \\ 2 \\ 1\end{smallmatrix}\right]

(6)

[1423]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 4 \\ 2 \\ 3\end{smallmatrix}\right], [1503]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 5 \\ 0 \\ 3\end{smallmatrix}\right], [−1927]\left[\begin{smallmatrix} -1 \\ 9 \\ 2 \\ 7\end{smallmatrix}\right]

(7)

[4−2−10],[9−2−20],[−3−1111]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ -2 \\ -1 \\ 0\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 9 \\ -2 \\ -2 \\ 0\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} -3 \\ -1 \\ 11 \\ 1\end{smallmatrix}\right]

(8)

[1213],[4326],[43−74]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \\ 3\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 3 \\ 2 \\ 6\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 3 \\ -7 \\ 4\end{smallmatrix}\right]

Задача 26.44

Ортогонализовать и нормировать систему векторов, заданных в базисе ee своими координатными столбцами. Матрица Грама Γ\Gamma базиса ee задана:

?
(1)

[13],[24],Γ=A19\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 3\end{smallmatrix}\right],\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 4\end{smallmatrix}\right], \quad \Gamma = \mathbf{A}_{19}. A19=[1112]\mathbf{A}_{19} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{smallmatrix}\right].

(2)

[120]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 2 \\ 0\end{smallmatrix}\right], [203]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 0 \\ 3\end{smallmatrix}\right], [186]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 8 \\ 6\end{smallmatrix}\right], Γ=A387\Gamma = \mathbf{A}_{387}. A387=[210121012]\mathbf{A}_{387} = \left[\begin{smallmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 1 & 2 & 1 \\ 0 & 1 & 2 \end{smallmatrix}\right].

(3)

[111]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 1 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [421]\left[\begin{smallmatrix} 4 \\ 2 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [19−8]\left[\begin{smallmatrix} 1 \\ 9 \\ - 8\end{smallmatrix}\right], Γ=A386\Gamma = \mathbf{A}_{386}. A386=[20−1021−112]\mathbf{A}_{386} = \left[\begin{smallmatrix} 2 & 0 & -1 \\ 0 & 2 & 1 \\ -1 & 1 & 2 \end{smallmatrix}\right].

(4)

[−321]\left[\begin{smallmatrix} - 3 \\ 2 \\ 1\end{smallmatrix}\right], [−854]\left[\begin{smallmatrix} - 8 \\ 5 \\ 4\end{smallmatrix}\right], [240]\left[\begin{smallmatrix} 2 \\ 4 \\ 0\end{smallmatrix}\right], Γ=A207\Gamma = \mathbf{A}_{207}. A207=[12025−20−25]\mathbf{A}_{207} = \left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 & 0 \\ 2 & 5 & -2 \\ 0 & -2 & 5 \end{smallmatrix}\right].

Задача 26.45
?
(1)

С помощью процесса ортогонализации доказать, что невырожденная квадратная матрица может быть разло — жена в произведение ортогональной матрицы QQ и верхней треугольной матрицы RR с положительными диагональными элементами (QR — разложение).

(2)

Доказать единственность QRQR — разложения невырожденной матрицы.

Задача 26.46

Получить QRQR — разложение данной матрицы (задача 26. 45):

?
(1)

[1−216]\left[\begin{smallmatrix} 1 & - 2 \\ 1 & 6\end{smallmatrix}\right]

(2)

[391−7]\left[\begin{smallmatrix} 3 & 9 \\ 1 & - 7\end{smallmatrix}\right]

(3)

[12010001−1]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & - 1\end{smallmatrix}\right]

(4)

[1341−12−22−22−2]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 3 & 4 \\ 1 & - 1 & 2 \\ - 2\sqrt{2} & - 2\sqrt{2} & - \sqrt{2}\end{smallmatrix}\right]

(5)

[1331131−111−13−1−133]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 3 & 3 & 1 \\ 1 & 3 & 1 & - 1 \\ 1 & 1 & - 1 & 3 \\ - 1 & - 1 & 3 & 3\end{smallmatrix}\right]

(6)

[1234232110−122121]\left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 & 3 & 4 \\ 2 & 3 & 2 & 1 \\ 1 & 0 & - 1 & 2 \\ 2 & 1 & 2 & 1\end{smallmatrix}\right].

Задача 26.47

Доказать, что матрица Грама произвольного базиса может быть разложена в произведение Γ=RTR\Gamma = R^{T} R, где RR — верхняя треугольная матрица с положительными элементами на диагонали. (Сравнить это с задачей 25. 29.)

?
Задача 26.48

В евклидовом пространстве известна матрица Грама базиса f\mathbf{f}. Найти матрицу перехода к ортонормированному базису, получаемому ортогонализацией f\mathbf{f}:

?
(1)

Γ=[25513]\Gamma =\left[\begin{smallmatrix} 2 & 5 \\ 5 & 13\end{smallmatrix}\right]

(2)

Γ=[13313]\Gamma =\left[\begin{smallmatrix} 1 & 3 \\ 3 & 13\end{smallmatrix}\right]

(3)

Γ=[1232583814]\Gamma =\left[\begin{smallmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & 5 & 8 \\ 3 & 8 & 14\end{smallmatrix}\right]

(4)

Γ=[40040440048040020]\Gamma =\left[\begin{smallmatrix} 4 & 0 & 0 & 4 \\ 0 & 4 & 4 & 0 \\ 0 & 4 & 8 & 0 \\ 4 & 0 & 0 & 20\end{smallmatrix}\right].