02. Richiami di algebra lineare

2. Richiami di Algebra Lineare


Generalità

Raggio Spettrale

raggio spettrale

Siano λi gli autovalori della matrice ARn×n si definisce raggio spettrale la quantità:
ρ(A)=max1in|λi|

Matrice inversa

Matrice dei complementi algebrici

Data la matrice

A=[a11a12a1na21a22a2nan1an2ann]

i Cofattori Cij di A sono i determinanti delle matrici ottenute togliendo da A la riga i e la colonna j
La matrice dei cofattori è la matrice:

C(A)=[C11C12±C1nC21C22±C2n±Cn1Cn2±Cnn]

Norma

Ci troviamo in uno spazio vettoriale.
Sia vV un vettore dello spazio vettoriale V, v=[v1vn]

norma in uno spazio vettoriale

Si definisce Norma Euclidea la seguente:
||v||Euclidea=(i=1nvi2)12

l'operatore con le seguenti proprietà:

  1. ||v||Euclidea0vV
  2. ||αv||=|α|||v||αR,vV
  3. ||v+w||E||v||E+||w||Ev,wV --> Disuguaglianza triangolare

Esiste più di una norma.

Norma p

norma $p$ in $\mathbb{r}^{n}$

||v||p=(i=1n|vi|p)1ppR+,p0

Alcune norme notevoli sono per:
p=2: Norma Euclidea
p=1: ||v||1=i=1n|vi|
p=: ||v||=limp||v||p=max1in|vi|

Norma di matrice

Sia ARn×n

norma di matrice

Viene detta norma di matrice una funzione Rn×nR+{0} tale che rispetti tutte le seguenti condizioni:

  1. ||A||=0A=0
  2. ||αA||=|α|||A||αR,ARn×n
  3. ||A+B||||A||+||B||A,BRn×n
  4. ||AB||||A||||B||A,BRn×n

Vedremo tornare utili le cosiddette norme indotte da vettori

Norma indotta da vettore

norma indotta da vettore

Si definisce la norma di una matrice come segue:

||A||=max||X||=1||AX||
con ARn×n e XRn

Vale, per le norme indotte da vettori, la #Relazione di compatibilità:

Relazione di Compatibilità
relazione di compatibilità

Dati ARn×n e XRn qualunque, vale la seguente relazione:
||AX||||A||||X||


Dimostrazione:
A partire dalla definizione di [[#Norma indotta da vettore]]:

||A||=max||X||=1||AX||==max||X||1AX||X||=
Essendo X||X||=1,
=max||X||1AX||X||==max||X||1||AX||||X||||AX||||X||
Da cui segue la relazione di compatibilità

c.v.d.

Principali norme indotte

osservazione

La [[#Norma per righe]] e [[#Norma per colonne]] sono uguali se la matrice A è simmetrica.

Norma per colonne
||A||1=max||X||1=1||AX||1=max1jni=1n|aij|
Norma per righe
||A||=max||X||=1||AX||=max1inj=1n|aij|
Norma spettrale
||A||2=ρ(ATA)

Dove ρ è il #Raggio Spettrale della matrice

Contrazioni

Matrici "Speciali"

Matrici diagonalmente Dominanti

È data una matrice ARn×n

A=[a11a12a1na21a22a2nan1an2ann]

Matrice Diagonalmente Dominante Righe

matrice diagonalmente dominante righe

A si dice Diagonalmente Dominante Righe se
|aii|>j=1,jin|aij|
Ossia se ogni elemento sulla diagonale è maggiore (in modulo) della somma degli altri elementi della stessa riga.

Matrice Diagonalmente Dominante per Colonne

matrice diagonalmente dominante per colonne

A si dice Diagonalmente Dominante Colonne se

|ajj|>i=1,ijn|aij|

Ossia se ogni elemento sulla diagonale è maggiore (in modulo) della somma degli altri elementi della stessa colonna.

Matrice definita positiva

matrice definita positiva

Una matrice ARn×n si dice definita positiva se:
XTAX=i,j=1naijxixj>0XRn,X0

proprietà

Una matrice definita positiva gode delle seguenti proprietà:

  1. Ha autovalori reali (poiché è simmetrica)
  2. Ha autovalori positivi
  3. Ha det(A)0 è invertibile

Condizioni per matrici definite positive

Condizione Sufficiente per matrice definita positiva

cs per matrici definite positive

Una matrice A è definita positiva se:

  1. La posso riscrivere nella forma A=HTH
  2. XTAX=||HX||>0
  3. è diagonale dominante e aii>0

Dimostrazione

Dimostro il punto 2.

XTAX=XT(HTH)X==(XTHT)(HX)==(HX)T(HX)==||HX||>0

Condizione Necessaria e Sufficiente per matrice definita positiva

cns per matrici definite positive - teo di sylvester

CNS affinché una matrice ARn×n sia definita positiva è che tutti i suoi Determinanti principali di testa siano strettamente positivi

IMG_0698.jpeg|350

Convergenza

matrice convergente

Una matrice A si dice convergente se

limkAk=0

cns di convergenza

Una matrice è convergente se e solo se
ρ(A)<1