diff --git a/src/cheatsheets/LinearAlgebra.typ b/src/cheatsheets/LinearAlgebra.typ index e279379..82e359b 100644 --- a/src/cheatsheets/LinearAlgebra.typ +++ b/src/cheatsheets/LinearAlgebra.typ @@ -98,7 +98,38 @@ #ComplexNumbersSection() ] - #colbreak() + // Matrix Typen + #bgBlock(fill: colorMatrix)[ + #let colred(x) = text(fill: red, $#x$) + #let colblue(x) = text(fill: blue, $#x$) + #subHeading(fill: colorMatrix)[Matrix Typen] + #align(center, scale($colred(m "Zeilen") colblue(n "Splate") A in KK^(colred(m) times colblue(n))$, 110%)) #grid(columns: (1fr, 1fr), + $quad mat( + a_11, a_12, ..., a_(1n); + a_21, a_22, ..., a_(2n); + dots.v, dots.v, dots.down, dots.v; + a_(m 1), a_(m 2), ..., a_(m n) + ) + $, + + cetz.canvas({ + import cetz.draw : * + let scale = 0.76; + + rect((0, 0), (1*scale, 1*scale), fill: rgb("#9292926b")) + + set-style(mark: (end: (symbol: "straight"))) + line((0, -0.2*scale), (1*scale, -0.2*scale), stroke: (paint: blue, thickness: 0.3mm)) + line((-0.2*scale, 1*scale), (-0.2*scale, 0), stroke: (paint: red, thickness: 0.3mm)) + + content((-0.45*scale, 0.5*scale), $colred(bold(m))$) + content((0.5*scale, -0.35*scale), $colblue(bold(n))$) + content((0.5*scale, 0.5*scale), $A$) + }) + ) + ] + + // Vektorräume #bgBlock(fill: colorVR)[ #subHeading(fill: colorVR)[Vektorräume (VR)] Bsp: $KK^n$ ($RR^n, CC^n$) \ @@ -121,6 +152,7 @@ ) ] + // Spann Erzeugendessystem ect #bgBlock(fill: colorVR)[ #subHeading(fill: colorVR)[Spann, Erzeugendensystem, Basis, Dim] $"Sei" V "ein" KK"-VR"\ M = {ve(v_1), ve(v)_2, ve(v)_3, ...}, ve(v_i) in V "Menge von Vektoren"$ @@ -230,9 +262,44 @@ #SeperatorLine Normalweiße alle Abbildung/Matrizen in Kannoischer Basis $hat(e)_1 = vec(1, 0, dots.v), hat(e)_2 = vec(0, 1, dots.v), ...$ - ] + // Matrix Basics + #bgBlock(fill: colorMatrix)[ + #subHeading(fill: colorMatrix)[Matrix Basics] + Linera Abbildung $equiv$ EINER eindeutige Matrix \ + + - Sclar/Matrix: $lambda dot A$ + - Matrix/Matrix: $A + B$ + - Matrix-Matrix: $A dot B = Phi_A compose Phi_B = Phi_A (Phi_B (ve(x)))$ \ + $c_(j i) = sum^n_(s=1) a_(j s) b_(s i)$ + + $(KK^(n times n), +)$ sind Gruppe, $(KK^(n times n), dot)$ sind Monoid, + + #image("../images/linAlg/matMul.jpg") + + #SeperatorLine + + #grid(columns: (1fr, 1fr, 1fr), + row-gutter: 2mm, + align(center, $(lambda mu) A = lambda (mu A)$), + grid.cell(colspan: 2, align(center, $(lambda + mu) A = lambda A + mu A$)), + align(center, $$), + grid.cell(colspan: 2, align(center, $lambda (A + B) = lambda A + lambda B$)), + ) + + *Transponieren* + + #grid(columns: (1fr, 1fr), + row-gutter: 2mm, + $(A + B)^T = A^T + B^T$, + $(lambda A)^T = lambda A^T$, + $(A^T)^T = A$, + $(A dot B)^T = B^T dot A^T$ + ) + ] + + #colbreak() #bgBlock(fill: colorAbbildungen)[ #subHeading([Abbildungen], fill: colorAbbildungen) @@ -378,73 +445,8 @@ ] - // Matrix Basics - #bgBlock(fill: colorMatrix)[ - #subHeading(fill: colorMatrix)[Matrix Basics] - Linera Abbildung $equiv$ EINER eindeutige Matrix \ - - - Sclar/Matrix: $lambda dot A$ - - Matrix/Matrix: $A + B$ - - Matrix-Matrix: $A dot B = Phi_A compose Phi_B = Phi_A (Phi_B (ve(x)))$ \ - $c_(j i) = sum^n_(s=1) a_(j s) b_(s i)$ - - $(KK^(n times n), +)$ sind Gruppe, $(KK^(n times n), dot)$ sind Monoid, - - #image("../images/linAlg/matMul.jpg") - - #SeperatorLine - - #grid(columns: (1fr, 1fr, 1fr), - row-gutter: 2mm, - align(center, $(lambda mu) A = lambda (mu A)$), - grid.cell(colspan: 2, align(center, $(lambda + mu) A = lambda A + mu A$)), - align(center, $$), - grid.cell(colspan: 2, align(center, $lambda (A + B) = lambda A + lambda B$)), - ) - - *Transponieren* - - #grid(columns: (1fr, 1fr), - row-gutter: 2mm, - $(A + B)^T = A^T + B^T$, - $(lambda A)^T = lambda A^T$, - $(A^T)^T = A$, - $(A dot B)^T = B^T dot A^T$ - ) - ] - #colbreak() - // Matrix Typem - #bgBlock(fill: colorMatrix)[ - #let colred(x) = text(fill: red, $#x$) - #let colblue(x) = text(fill: blue, $#x$) - #subHeading(fill: colorMatrix)[Matrix Typen] - #align(center, scale($colred(m "Zeilen") colblue(n "Splate")\ A in KK^(colred(m) times colblue(n))$, 120%)) #grid(columns: (1fr, 1fr), - $quad mat( - a_11, a_12, ..., a_(1n); - a_21, a_22, ..., a_(2n); - dots.v, dots.v, dots.down, dots.v; - a_(m 1), a_(m 2), ..., a_(m n) - ) - $, - - cetz.canvas({ - import cetz.draw : * - - rect((0, 0), (1, 1), fill: rgb("#9292926b")) - - set-style(mark: (end: (symbol: "straight"))) - line((0, -0.2), (1, -0.2), stroke: (paint: blue, thickness: 0.3mm)) - line((-0.2, 1), (-0.2, 0), stroke: (paint: red, thickness: 0.3mm)) - - content((-0.45, 0.5), $colred(bold(m))$) - content((0.5, -0.35), $colblue(bold(n))$) - content((0.5, 0.5), $A$) - }) - ) - ] - #bgBlock(fill: colorAbbildungen)[ #subHeading(fill: colorAbbildungen)[Linearform] @@ -454,7 +456,7 @@ *$k$-Linearform:* Lineare $f: KK^n times KK^n times ... -> KK$ - Für $k=2 : $ Bi-Linerform - - Linearität: \ + - Linearität: (in beiden Argumente) \ $f(ve(v)_1, lambda ve(v)_2) = lambda f(ve(v)_1, ve(v)_2) \ f(ve(v)_1, ve(x) + ve(y)) = f(ve(v)_1, ve(x)) + f(ve(v)_1, ve(y)) $ @@ -465,12 +467,6 @@ - Tauschung von Argumenten $->$ Vorzeichen Flip - $ve(v)_1, ... "linear abhänig" <=> f(ve(v)_1, ...) = 0$ - $ve(v)_1, ... "linear unabhänig" <=> f(ve(v)_1, ...) != 0$, eindeutig - - - *Positiv definite symetrisch Bilinearform* - - $equiv$ Skalarprodukt $ip(dot, dot)$ in $RR$ - - $f(ve(v)_1, ve(v)_2) = f(ve(v)_2, ve(v)_1), space space forall ve(v)_1, ve(v)_2 in KK^n$ - - linear in beiden Argumenten - - $f(ve(v), ve(v)) > 0, v in V without {ve(0)}$ ] #bgBlock(fill: colorAbbildungen)[ @@ -483,10 +479,10 @@ Speziell für Martizen $in KK^(n times n)$ \ (Qudratische, Endomorphismus) *Herleitung:* - Für die $det equiv delta$: $delta(e_1, e_2, e_3, ...) = 1$, alternierend und n-linearform + Für die $det equiv delta$: $delta(ve(e)_1, ve(e)_2, ve(e)_3, ...) = 1$, alternierend und n-Linearform 1. Mit Linearität zerlegen - 2. Mit Alterniered, Element tauschen: $delta(e_1, e_2, e_3, ...) dot ...$ + 2. Mit Alterniered, Element tauschen: $delta(ve(e)_1, ve(e)_2, ve(e)_3, ...) dot ...$ *Leibniz-Formel* @@ -576,23 +572,27 @@ ] #bgBlock(fill: colorVR)[ - #subHeading(fill: colorVR)[Eukldische/Unitair Vektorräume] + #subHeading(fill: colorVR)[Eukldische VRs] - *Kannonische Scalar Produkt* - - $ip(ve(x), ve(y)) := limits(sum)_(i=1)^n x_i y_i$ - - - Positiv definit: $ip(ve(x), ve(x)) > 0$ + - *Skalarprodukt:* Positiv definite symetrisch Bilinearform + - $equiv$ Skalarprodukt $ip(dot, dot)$ in $RR$ + - $f(ve(v)_1, ve(v)_2) = f(ve(v)_2, ve(v)_1), space space forall ve(v)_1, ve(v)_2 in KK^n$ - Linear in beiden Argument: \ $ip(lambda ve(x), ve(y)) = lambda ip(ve(x), ve(y))$\ $ip(ve(x) + ve(a), ve(y)) = ip(ve(x), ve(y)) + ip(ve(a), ve(y))$ + - $f(ve(v), ve(v)) > 0, v in V without {ve(0)}$ + + *Kannonische Scalar Produkt* $ip(ve(x), ve(y)) := limits(sum)_(i=1)^n x_i y_i$ + - Positiv definit: $ip(ve(x), ve(x)) > 0$ + + #SeperatorLine *Norm* - $norm(ve(v)) = 0 <=> ve(v) = ve(0)$ - $norm(lambda ve(v)) = abs(lambda) norm(ve(v))$ - Dreieckesungleichung: $norm(x + y) <= norm(x) + norm(y)$ - Generisch/$L_p$-Norm: $|| v ||_p = root(p, sum_(k=1)^n (x_k)^p)$ + *Generisch/$L_p$-Norm*: $|| v ||_p = root(p, sum_(k=1)^n (x_k)^p)$ *Induzierte Norm:* $norm(ve(v)) = sqrt(ip(ve(v), ve(v)))$ (Bliebiges $ip(dot, dot)$) @@ -603,8 +603,7 @@ - Gilt in Eukldische Vektoraum - Gilt nur mit aus Eukldischer Norm - *Euklidsche Vektorraum:* - - $ = (RR^n"-Vekorraum", ip(dot, dot))$, (Irgendeine Skalarprodukt) + *Euklidsche Vektorraum:* $ = (RR^n"-VR", ip(dot, dot))$, (Irgendeine Skalarprodukt - Eigenschaften: - Polarisation: $ip(v, w) = 1/4 (norm(v + w)^2 - norm(v -w )^2)$ - Parallelogrammgleichung: \ @@ -615,13 +614,14 @@ *Ortho#text(red)[normal] Vektoren:* $ip(v, w) = 0$ UND $norm(v),norm(w) = 1$ #SeperatorLine - #colbreak() - *Orthogonal Projektion* + *Orthogonal Projektion* $pi_U(v) = limits(sum)_(i=1)^k ip(v, u_i) u_i$ - $U subset V$ Untervektorraum eines Eukldische VRs $V$, $U$ orthogo#text(red)[normal]: $pi_U(v) = limits(sum)_(i=1)^k ip(v, u_i) u_i$ + $U subset V$ Untervektorraum eines Eukldische VRs $V$, \ $U$ in orthogo#text(red)[normal] Basis: ] + #colbreak() + #bgBlock(fill: colorMatrixVerfahren)[ #subHeading(fill: colorMatrixVerfahren)[Eigenwert und Eigenvektoren ] @@ -667,14 +667,14 @@ #bgBlock(fill: colorMatrixVerfahren)[ #subHeading(fill: colorMatrixVerfahren)[Gram-Schmit ONB] - Idee: $ip("Orth"#text(red)[normal] v, x) = "Anteil von" x "an" v$ \ - Ziel: Basis $W -->$ Orthogonal Bais $V$ + Idee: $ip("Orth"#text(red)[normal] ve(v), ve(x)) = "Anteil von" ve(x) "an" ve(v)$ \ + Ziel: Basis $W -->$ Orthogonal Basis $V$ 1. $v_1 = 1/norm(w_1)$ 2. $hat(v)_(j+1) = w_(j+1) -ip(w_(j+1), v_1)v_1 - ip(w_(j+2), v_2)v_2 ... $ 3. $v_(j+1) = hat(v)_(j+1)/norm(hat(v)_(j+1))$ - + 4. Repeat for $w_1, w_2, w_3, ...$ ]