02. Richiami di algebra lineare

2. Richiami di Algebra Lineare


Generalità

Raggio Spettrale

raggio spettrale

Siano λi gli autovalori della matrice A∈Rn×n si definisce raggio spettrale la quantità:
ρ(A)=max1≤i≤n|λi|

Matrice inversa

Matrice dei complementi algebrici

Data la matrice

A=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann]

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)=[C11−C12⋯±C1n−C21C22⋯±C2n⋮⋮⋱⋮±Cn1∓Cn2⋯±Cnn]

Norma

Ci troviamo in uno spazio vettoriale.
Sia v∈V un vettore dello spazio vettoriale V, v=[v1⋮vn]

norma in uno spazio vettoriale

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

l'operatore con le seguenti proprietà:

  1. ||v||Euclidea≥0∀v∈V
  2. ||αv||=|α|⋅||v||∀α∈R,∀v∈V
  3. ||v+w||E≤||v||E+||w||E∀v,w∈V --> Disuguaglianza triangolare

Esiste più di una norma.

Norma p

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

||v||p=(∑i=1n|vi|p)1pp∈R+,p≥0

Alcune norme notevoli sono per:
p=2: Norma Euclidea
p=1: ||v||1=∑i=1n|vi|
p=∞: ||v||∞=limp→∞||v||p=max1≤i≤n|vi|

Norma di matrice

Sia A∈Rn×n

norma di matrice

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

  1. ||A||=0⟺A=0
  2. ||αA||=|α|⋅||A||∀α∈R,∀A∈Rn×n
  3. ||A+B||≤||A||+||B||∀A,B∈Rn×n
  4. ||A⋅B||≤||A||⋅||B||∀A,B∈Rn×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 A∈Rn×n e X∈Rn

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

Relazione di Compatibilità
relazione di compatibilità

Dati A∈Rn×n e X∈Rn 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||≠1‖AX||X||‖=
Essendo ‖X||X||‖=1,
=max||X||≠1‖AX||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=max1≤j≤n∑i=1n|aij|
Norma per righe
||A||∞=max||X||∞=1||AX||∞=max1≤i≤n∑j=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 A∈Rn×n

A=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann]

Matrice Diagonalmente Dominante Righe

matrice diagonalmente dominante righe

A si dice Diagonalmente Dominante Righe se
|aii|>∑j=1,j≠in|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,i≠jn|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 A∈Rn×n si dice definita positiva se:
XTAX=∑i,j=1naijxixj>0∀X∈Rn,X≠0

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 A∈Rn×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

limk→∞Ak=0

cns di convergenza

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