Ludium
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線形代数
連立一次方程式を解く
01行の見方・列の見方・行列の形02三次元の行の見方と列の見方03特異行列と正則行列04Ax の二つの計算法問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01ガウスの消去法と後退代入02消去行列03置換行列と逆行列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01行列の積の五つの見方02逆行列と特異性03ガウス・ジョルダン法による逆行列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01積の逆行列と転置の規則02A = LU 分解03ガウスの消去法の計算量 ⅓n³04置換行列:P⁻¹ = Pᵀ問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/6
01置換行列と PA = LU 分解02RᵀR はなぜ必ず対称になるのか03ベクトル空間と部分空間04行列の列空間問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
ベクトル空間と部分空間
01ベクトル空間と部分空間02行列の列空間03行列の零空間問題セット0/10問題セット20/10
01階数・ピボット変数・自由変数02零空間の特殊解03簡約行階段形から零空間を読み取る問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
01Ax = b の可解性02特解と零空間03階数と Ax = b の4つの場合問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/8
01一次独立と零空間02基底と次元03次元定理問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01階数と四つの基本部分空間02一回の行簡約で四つの基底03ベクトル空間としての行列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01部分空間の次元公式02線形代数としての微分方程式03階数一の行列と外積04四つの基本部分空間問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
01差分作用素としての接続行列02グラフの接続行列03釣り合いの方程式 AᵀCAx = f問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/1
直交性と最小二乗法
01直交する部分空間02直交補空間としての零空間03正規方程式問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
01直線への射影:P = aaᵀ/aᵀa02部分空間への射影03射影と最小二乗法問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/6
01相補的な射影 P と I − P02最小二乗法と正規方程式03射影としての最小二乗法04AᵀA の可逆性問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01直交行列02正規直交基底への射影03グラム・シュミットの直交化法04グラム・シュミット法による QR 分解問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
行列式
01行列式の三つの公理02三つの公理から導く行列式の性質03消去法で行列式を求める04積の法則と転置の性質問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01置換による行列式の公式02余因子展開03三重対角行列の周期的な行列式問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
01余因子による逆行列の公式02クラメルの公式03体積としての行列式問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/4
固有値と時間発展
01固有値と固有ベクトル02固有値と固有ベクトルの求め方03複素数の固有値と欠陥行列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/2
01対角化:A = SΛS⁻¹02行列のべき乗と安定性の定理03欠陥行列と重複度04固有値とフィボナッチ数列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
01固有値で du/dt = Au を解く02複素平面で見る固有値の安定性03行列の指数関数 e^(At)04コンパニオン行列問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01マルコフ行列が必ず固有値 1 をもつ理由02固有値で見るマルコフ連鎖の定常状態03マルコフ行列と定常状態04正規直交基底とフーリエ係数問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/7
対称行列と特異値分解
01スペクトル定理02対称行列の固有値が実数である理由03シルベスターの慣性法則04正定値性の判定問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01共役転置02フーリエ行列の逆行列03高速フーリエ変換(FFT)の分解問題セット0/10問題セット20/10
01正定値行列02ピボットによる正定値性の判定03ヘッセ行列と正定値性04主軸定理と楕円体問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/6
01正定値行列の閉包性02相似な行列と変わらない固有値03固有値だけでは相似を分類できない理由04ジョルダン標準形問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/5
01特異値分解02特異値分解を AᵀA に帰着させる03特異値分解の計算:2つの例題04特異値分解と四つの基本部分空間問題セット0/10問題セット20/10MIT 問題セット0/3
線形変換とその応用
01線形変換の定義02基底、座標、線形写像03線形写像が行列になるしくみ問題セット0/10問題セット20/10
01基底変換としての画像圧縮02基底の選び方:JPEG、フーリエ、ウェーブレット03基底変換と画像圧縮04基底変換と対角化問題セット0/10問題セット20/10
01逆行列と四つの基本部分空間02片側逆行列と射影03擬似逆行列04特異値分解による擬似逆行列問題セット0/10問題セット20/10

グラフの接続行列

グラフのループはなぜ接続行列の行の従属関係を生み、A^T の零空間はどのようにキルヒホッフの電流則を表し、次元からどのようにオイラーの公式が導かれるのでしょうか。


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まとめノート

    1. 1

      行の従属関係としてのループ

      辺 1, 2, 3 がループを閉じ、その行が 1行目 + 2行目 = 3行目 を満たすことを書き、ループと従属な行の一般的な対応を述べましょう。

    2. 2

      ATy=0A^Ty = 0ATy=0 としてのキルヒホッフの電流則

      yyy を辺を流れる電流として ATy=0A^Ty = 0ATy=0 の節点ごとの方程式を書き(節点 1 での −y1−y3−y4=0-y_1 - y_3 - y_4 = 0−y1​−y3​−y4​=0 を含めて)、各行が表す保存則を述べましょう。

    3. 3

      N(AT)N(A^T)N(AT) の基底としてのループ電流

      基底 (1,1,−1,0,0)(1,1,-1,0,0)(1,1,−1,0,0) と (0,0,1,−1,1)(0,0,1,-1,1)(0,0,1,−1,1) を挙げ、dim⁡N(AT)=m−r=2\dim N(A^T) = m - r = 2dimN(AT)=m−r=2 を確かめ、外周のループの電流 (1,1,0,−1,1)(1,1,0,-1,1)(1,1,0,−1,1) がこの2つの和であることを示しましょう。

    4. 4

      木とオイラーの公式 n−m+ℓ=1n - m + \ell = 1n−m+ℓ=1

      辺 1, 2, 4 が n−1n - 1n−1 本の辺をもちループのない木をつくることを書き、独立なループの数 m−n+1m - n + 1m−n+1 を組み合わせて 節点の数 −-− 辺の数 +++ ループの数 =1= 1=1 を導きましょう。

    2回中1回目