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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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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 ⅓n³ 04置換行列：P⁻¹ = Pᵀ 問題セット0/10 問題セット20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 問題セット0/4

01直線への射影：P = aaᵀ/aᵀa 02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20/10 MIT 問題セット0/6

01相補的な射影 P と I − P 02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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 問題セット0/2

01対角化：A = SΛS⁻¹ 02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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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20/10 MIT 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

コンパニオン行列

導関数を新しい変数に格上げすると、どんな n 階の線形常微分方程式も、固有値が特性根に一致する一階の行列の連立方程式に変わるのはなぜでしょうか。

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まとめノート

1. $y'' + by' + ky = 0$ を連立方程式に変える
  ベクトルの未知数を $u = (y', y)$ とおき、当たり前の式 $y' = y'$ を加えて、 $u' = Au$ を書き出しましょう。1 行目は $(-b, -k)$ 、2 行目は $(1, 0)$ です。
2. $n \times n$ のコンパニオン行列の形
  $n$ 階の方程式から $n \times n$ 行列が得られ、1 行目に方程式の係数、主対角線のすぐ下に $1$ が斜めに並ぶことを書き留め、例として五階の場合をかいてみましょう。
3. 特性根としての固有値
  コンパニオン行列の固有値が、元の高階の方程式の特性根とぴったり一致することを述べましょう。
2回中1回目