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

固有値とフィボナッチ数列

uₖ₊₁ = Auₖ を固有ベクトルで展開するとどう解けて、フィボナッチ数の増え方になぜ黄金比 (1+√5)/2 が現れるのでしょうか。

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まとめノート

    1. 1

      固有ベクトルによる展開で uk+1=Auku_{k+1} = Au_kuk+1​=Auk​ を解く

      u0=c1x1+⋯+cnxn=Scu_0 = c_1x_1 + \cdots + c_nx_n = Scu0​=c1​x1​+⋯+cn​xn​=Sc と書き、AAA を一回掛けて各項がそれぞれの λi\lambda_iλi​ を拾うことを確かめ、uk=∑ciλikxi=SΛkcu_k = \sum c_i\lambda_i^k x_i = S\Lambda^k cuk​=∑ci​λik​xi​=SΛkc を導きましょう。

    2. 2

      2×22 \times 22×2 の一階連立方程式としてのフィボナッチ数

      uk=(Fk+1,Fk)Tu_k = (F_{k+1}, F_k)^Tuk​=(Fk+1​,Fk​)T とおき、当たり前の式 Fk+1=Fk+1F_{k+1} = F_{k+1}Fk+1​=Fk+1​ を Fk+2=Fk+1+FkF_{k+2} = F_{k+1} + F_kFk+2​=Fk+1​+Fk​ と組にして、1 行目が (1,1)(1,1)(1,1)、2 行目が (1,0)(1,0)(1,0) の行列を書き留めましょう。

    3. 3

      固有値 1±52\frac{1 \pm \sqrt{5}}{2}21±5​​

      det⁡(A−λI)=λ2−λ−1\det(A - \lambda I) = \lambda^2 - \lambda - 1det(A−λI)=λ2−λ−1 を計算して解の公式で解き、根をトレース 111 と行列式 −1-1−1 で確かめ、x=(λ,1)Tx = (\lambda, 1)^Tx=(λ,1)T を書き留めましょう。

    4. 4

      黄金比で決まる FkF_kFk​ の増え方

      Fk≈c1λ1kF_k \approx c_1\lambda_1^kFk​≈c1​λ1k​(λ1≈1.618\lambda_1 \approx 1.618λ1​≈1.618)と書いて λ2≈−0.618\lambda_2 \approx -0.618λ2​≈−0.618 の項が縮んで消えることを示し、そのうえで u0=(1,0)T=c1x1+c2x2u_0 = (1,0)^T = c_1x_1 + c_2x_2u0​=(1,0)T=c1​x1​+c2​x2​ を解いて定数を求めましょう。

    2回中1回目