Barion Pixel Ortogonális rendszerek, Gram-mátrix | mateking
 

Lineáris algebra epizód tartalma:

Már mutatjuk is, hogy mik azok az ortogonális vektorrendszerek, mit jelent az, hogy egy vektorrendszer ortonormált, mit jelent az ortogonális bázis és az ortonormált bázis. Megnézzük, hogy mi az a Gram-mátrix, és azt is, hogyan jellemez egy bázist a Gram-mátrix.

A képsor tartalma

Azokat a vektorrendszereket, ahol a bázisvektorok egymásra merőlegesek ortogonális rendszernek nevezzük.

Annak érdekében, hogy kicsit mutatósabban nézzen ki, áttérünk a skaláris szorzatnak erre a kacsacsőrös jelölésére.


És most elkészítjük ezt a mátrixot.
Mindegyik vektort mindegyikkel összeszorozzuk.


Az eredményeket pedig beírjuk ide a mátrixba.


Mivel a skaláris szorzat kommutatív…
Ez egy szimmetrikus mátrix lesz.


Az így keletkező mátrixot Gram-mátrixnak nevezzük.

Itt jön aztán egy másik vektorrendszer is.


Ez a másik vektorrendszer egy ortogonális rendszer:


Bármely két vektort választjuk ki, a skaláris szorzatuk nulla, vagyis a vektorok egymásra merőlegesek.



Na persze, ha egy vektort önmagával szorozzuk meg…
az nem nulla.


Hogyha egy ortogonális vektorrendszer éppen annyi vektorból áll, amennyi koordinátája van a vektoroknak, akkor az a vektorrendszer bázis.

Most éppen 3 vektorunk van, és a koordináták száma is 3…
Így hát ez a vektorrendszer egy bázis.

Egy ortogonális bázis.

Az ortogonális bázisok Gram-mátrixa mindig diagonális mátrix.

Létezik egy vektor, ami minden vektorra merőleges.
Éppen itt is van.

Ez a vektor a nullvektor.

Ha egy ortogonális rendszerhez hozzávesszük a nullvektort, akkor szintén ortogonális rendszert kapunk.
Csak éppen ez már biztosan nem lesz bázis.

A nullvektor ugyanis elrontja.

Hogyha egy ortogonális rendszer minden vektora egységnyi hosszú, akkor azt ortonormált rendszernek nevezzük.

Ez most épp nem ortonormált rendszer, mert a vektorok hossza nem egységnyi.


A nullvektor hossza egészen biztosan nulla…
Így aztán egy ortonormált rendszerben semmiképp sem szerepelhet a nullvektor.

Pápá nullvektor.


A megmaradó vektorok még mindig nem egységnyi hosszúak…

Egy vektor hosszát, amit egyébként kettes normának nevezünk, a szokásos módon számoljuk ki.

A koordináták négyzetösszege a gyök alatt.


Az egyszerűség kedvéért ezt csak így fogjuk jelölni.

Egy bázisból könnyedén gyárthatunk ortonormált bázist.
Szépen egymás után kiszámoljuk a vektorok hosszát…
És aztán mindegyik vektort normáljuk.
Vagyis elosztjuk a saját hosszával.


Hát, ez megvolna.

Az ortonormált bázisok Gram-mátrixa mindig az egységmátrix.



Egy teljesen általános bázis Gram-mátrixa mindig egy szimmetrikus mátrix.
Egy pozitív definit szimmetrikus mátrix.

Hogyha egy vektorrendszer ortogonális bázis, akkor a Gram-mátrix diagonális mátrix.

És egy ortonormált bázis Gram-mátrixa az egységmátrix.


Ha a bázist elrontjuk…

Ezt a Gram-mátrix is azonnal jelzi.

Egy lineárisan összefüggő vektorrendszer Gram-mátrixa

BelépekvagyRegisztrálok Back arrow Ugrás az
összeshez