1)a)
Damit die Spaltenvektoren orthogonal sind, muss das Skalarprodukt zwischen den Spalten 0 betragen:

⟨s1,s3⟩=1−α=!0⟹α=1⟨s2,s3⟩=1+α−2β=!0⟹β=1

4)a)
Zuerst berechnen wir die Singulärwertzerlegung. Dazu wählen wir die kleinere Matrix zwischen AA⊤ und A⊤A:

A⊤A=14[223−322−33][22223−3−33]=14[26−10−1026]

Um nicht mit Brüchen rechnen zu müssen, werden wir im nächsten Schritt mit B=4⋅A⊤A rechnen. Die Eigenwerte von B sind:

det(B−λI)=det([26−λ−10−1026−λ])=λ2−52λ+576=(λ−16)(λ−36)

Die Eigenwerte von B sind 36 und 16, und die Eigenwerte von A⊤A sind daher (der Grösse nach geordnet) λ1=9,λ2=4. Die Singulärwerte sind dementsprechend σ1=3,σ2=2. Die Eigenvektoren zu den Eigenwerten sind:

λ1:14[−10−10−10−10]→[1100]→x=−yv1=12[−11]λ2:14[10−10−1010]→[1−100]→x=yv2=12[11]

Σ und V sind daher:

Σ=[300200],V=12[−1111]

Die ersten zwei Spalten von U können wir mit der Formel un=1σnAvn (Fundamentalsatz der linearen Algebra) berechnen, und die dritte Spalte mit dem Kreuzprodukt der ersten zwei Spalten:

u1=13⋅12[22223−3−33]12[−11]=162[0−66]u2=12⋅12[22223−3−33]12[11]=142[4200]=[100]u3=u1×u2=162[0−66]×[100]=162[066]

Nun können wir U zusammenfügen:

U=[010−66206626620662]

Das Ausgleichsproblem kann folgendermassen mit der Singulärwertzerlegung gelöst werden:

x=VrUr†Ur⊤b

eingesetzt:

x=VrUr†Ur⊤b=12[−1111][130012]162[0−666200][211]=[−1111][130012][01]=[−1111][012]=12[11]

bitte einen Kommentar hinterlassen, falls etwas nicht stimmt

6)a
false

Wenn man (A−B)2 und A2−2AB+B2 berechnet, wird sich herausstellen, dass es nicht das gleiche Ergebnis ist. Vielleicht gibt es aber einen einfacheren Weg, die Aussage zu wiederlegen.

6)b)

true

Av=0 für v≠0 bedeutet, dass zumindest eine Spalte von A nicht linear unabhängig ist. Daher hat A nicht vollen Rang, und Ax=b ist nicht für beliebige b lösbar.

6)c)

true

Die Determinante einer Matrix ist gleich dem Produkt ihrer Eigenwerte. Da alle Eigenwerte ≠0 sind, ist das Produkt ebenfalls ungleich null.

det(A)=λ1⋅λ2⋅…⋅λn≠0
6)d)

false

Bei einer orthogonalen Matrix A gilt A⊤A=I, d.h. det(A⊤A)=det(I)=1.
Wegen den Eigenschaften der Determinante gilt:

det(A⊤A)=det(A⊤)det(A)=det(A)det(A)=det(A)2=!1

Das bedeutet, dass det(A)=1 oder det(A)=−1.

6)e)
false

F(f+g)=ddx(x(f(x)+g(x))2)=ddx(x(f(x)2+2f(x)g(x)+g(x)2))F(f)+F(g)=ddx(xf(x)2)+ddx(xg(x)2)=ddx(x(f(x)2+g(x)2))

wegen dem Term 2f(x)g(x) im ersten Ausdruck ist F(f+g)≠F(f)+F(g).

F(αf)(x)=ddx(x(αf(x))2)=ddx(xα2f(x)2)=α2ddx(xf(x)2)=α2F(f)(x)
6)f)

false

A⊤A=[3002], die Eigenwerte sind λ1=3,λ2=2; die Singulärwerte sind σ1=3,σ2=2. S müsste also folgendermassen aussehen:

S=[300200]