m02:線形代数の愚痴



0:第一印象

・大学の教養課程で微分積分と線形代数の講義を受けた。微積は物理など様々なところで出てきたが、線形代数の効用は最初よく分からなかった。ガウスの掃きだし法とか習った時点では「だせえ、連立一次方程式が解けるだけかよ。こんなもん、中学生でやれwww」と馬鹿にして正直スマンカッタ。量子力学だと固有値の嵐じゃありませんか。2次曲面の判定にも使えますか、そうですか。




1:どの本を?

・本による話の進め方の違いについて
 計算重視で行列、行列式から始めるか。やや抽象的にベクトル空間からか。単因子論を使うか。
 色んな話の進め方があって、本によって大分違うのね。
 授業でやった流れと全然違うじゃねーかコノヤロウ、というのはよくある話。

・有名な本
 斎藤と佐竹が超有名な双璧。洋書ではストラングやアントンが有名らしい。全部持ってねーよwww
 家には貰いもののキーポイント線形代数と、なぜか教科書指定されてたアルファ線型代数しかありません。

・線形代数か、線型代数か
 『型』のほうが高学年で習うから高尚(嘘)
 関数と函数みたいなもん。
 本質的な違いはないが、拘る人は拘る。

・演習書
 古本屋で買った、エクササイズ線形代数なる演習書しか持ってねーよw
 実際に手を動かして問題を解いて、分かった幻想を持とう。



2:内容(1)

■行列式
 2*2のときは『符号つき』面積、3*3のときは『符号つき』体積。
 ↑行列式の計算やイメージは、これを使えば簡単(でもn次の場合は厳しいww)。
 ↑だから、1つの列ベクトルが0ならば行列式は0になるし、ある列ベクトルを定数倍すると行列式も定数倍される。
   1辺が0なら面積や体積は0になるし、1辺が定数倍したら面積や体積も定数倍になることを想起しよう。
 ↑体積増加率という手も。


■スカラー3乗積
 ↑スカラー3乗積は行列式そのまんま。『符号つき体積』のことはスカラー3乗積のところで語られることが多く、行列式のところで語られることは少なめ。


・detA≠0
⇔逆行列がある
⇔正則行列
⇔rankA=n
⇔一次独立
 行列式、大活躍だなwww

 次元が減るので戻せない→逆行列がない


■固有値と対角化
 とりあえず、これが計算できれば単位はくるのが一般的www。
 対角化のおかげでn乗の計算が便利やわ〜。


■ジョルダン標準形
 関羽「軍師どの、固有方程式が重解なので対角化できません!」
 孔明「よろしい、ならばジョルダン標準形です!」
 関羽「…ほう。軍師どの、さすれば何をご用意すれば?」
 孔明「先ずはショルダン細胞(Jordan cell)をご用意ください」
 関羽「なんと、『細胞』とな?」
 ジョルダン標準形のおかげでn乗の計算が便利やわ〜。


■エルミートとかユニタリーとか
 日本語でおk。
 ユニタリーの方は「Unitary」→「Unit」→単位、ということで理解可能。

<気がつくと忘れている事項まとめ>
・対称行列:トランスポーズが同じ。対角成分を挟んで対称なので、そのまんまの名前づけ。
・エルミート行列:対称行列の複素数版。人名www
・直交行列:トランスポーズが逆行列。並べたベクトルが直交してるから、そのまんまの名前づけ。
・ユニタリー行列:直交行列の複素数版。

「エルミートさんはユニタリーで挟まれるのが好き」
定理:「実正方行列AにおいてAが直交行列によって対角化できるための必要十分条件はAが対称行列であることである」
定理:「複素正方行列AにおいてAがユニタリ行列によって対角化できるための必要十分条件はAが正規行列であることである」
定理:「ノルム1で互いに直交するn個のn次実ベクトルを並べてできる行列は直交行列である」
定理:「ノルム1で互いに直交するn個のn次複素ベクトルを並べてできる行列はユニタリ行列である」

では、対称行列ではない行列は対角化可能なのか?
可能とすれば条件は?そしてどのような行列で対角化されるのか?


■クラーメルの公式
 クラメルでもクラーメルでもクラメールでも可?どの書き方もされているんだが…。
 実際の計算には




3:内容(2)


・基底
 基本となるベクトルですかぁ?


■(グラム・)シュミットの正規直交化
そら、正規直交基底の方がワケワカメの基底よりも扱いやすいよね。
(i)正規化されたベクトルを作る方法
(ii)内積を使って正射影を作る方法
(iii) (ii)の正射影を用い、あるベクトルに垂直なベクトルを作る方法
そんなこと証明してどうすんの?と思ったら、ここで出てきた。
(ii)を用いずにいきなり(iii)をするのは結構面倒なんだよね。


・ラプラス展開
 何それ、と思ってビビった。なんだ、余因子展開のことかwwびびらせんなバーローwwwwwww
・単位行列IとかEとか
 ElementaryとかEinheitとか。

・商空間