Basi ortogonali e ortonormali 1

Sistemi lineari, vettori, matrici, spazi vettoriali, applicazioni lineari
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Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

allego i risultati :?: con svolgimento del test n.36 "Basi ortogonali e ortonormali 1"

nella rev01 a seguito delle osservazioni del Prof. Gobbino sono state apportate alcune correzioni agli esercizi in cui si richiede di trovare *tutte* le basi con una certa proprietà e all'esercizio 7
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AL_Esercizi - Test 36 - BASI ORTOGONALI E ORTONORMALI 01_rev01.pdf
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Massimo Gobbino
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by Massimo Gobbino »

Mi spiace che questo thread abbia poche visite e pochi scaricamenti. In particolare mi sarei aspettato qualche protesta ... ad esempio negli esercizi in cui si richiede di trovare *tutte* le basi con una certa proprietà o nel numero 7. Davvero nessun altro ha fatto questo esercizio e vuole confrontare risultati/svolgimenti?

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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

Massimo Gobbino wrote:Mi spiace che questo thread abbia poche visite e pochi scaricamenti. In particolare mi sarei aspettato qualche protesta ... ad esempio negli esercizi in cui si richiede di trovare *tutte* le basi con una certa proprietà o nel numero 7. Davvero nessun altro ha fatto questo esercizio e vuole confrontare risultati/svolgimenti?
in effetti ci sono anche le basi [tex](-v_1,v_2)[/tex] e [tex](-v_1,-v_2)[/tex]...non avevo notato la sottigliezza di quel tutte... :oops:

anche per il 7 in effetti mi pare che qualcosa non vada...nella base ortogonale va bene...ma nella corrispondente ortonormale le prime componenti non sono affatto uguali :cry:
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

ho postato la rev01 con le correzioni agli esercizi in cui si richiede di trovare *tutte* le basi con una certa proprietà e all'esercizio 7
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Massimo Gobbino
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by Massimo Gobbino »

Esatto, per il tutte è solo una questione di scelta dei segni. Per quanto riguarda la base ortonormale in cui tutti i vettori hanno la prima componente uguale, è chiaro cosa ci sta sotto? Detto altrimenti: come si potrebbe produrre in dimensione 4, 5 o in generale n?

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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

Massimo Gobbino wrote:Esatto, per il tutte è solo una questione di scelta dei segni
allora nel caso generale cambiando i segni e commutando gli [tex]n[/tex] vettori della base ortonormale se possono creare in tutto [tex]2^nn![/tex] ? (per n=4 sarebbero 384!!!)
Massimo Gobbino wrote:Per quanto riguarda la base ortonormale in cui tutti i vettori hanno la prima componente uguale, è chiaro cosa ci sta sotto? Detto altrimenti: come si potrebbe produrre in dimensione 4, 5 o in generale n?
ammetto che per l'esercizio 7 l'ho determinata a occhio... 8)

ripensandoci direi che c'entra qualcosa la diagonale del cubo (1,1,1,...,1) individuato dalla base canonica...direi che ognuna delle infinite isometrie che "portano" questa diagonale su [tex]e_1[/tex] individua una base ortonormale in cui tutti i vettori hanno la prima componente uguale :idea:

nel caso [tex]R^3[/tex] infatti la prima componente di una base del genere è proprio il coseno dell'angolo tra il vettore "diagonale del cubo" e i vettori della base canonica ([tex]\sqrt3/3[/tex])...

ma non saprei come determinarne una in generale :roll:
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Massimo Gobbino
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by Massimo Gobbino »

GIMUSI wrote: ma non saprei come determinarne una in generale :roll:
Beh, produrre una base ortonormale è equivalente a produrre una matrice ortogonale. Si tratta quindi di trovare una matrice ortogonale con una riga (o colonna?) "costante". Una delle 2 opzioni è quasi banale da trovare, quindi l'altra pure! (Lo so, sono stato un po' criptico, ma il mio vuole essere solo un aiutino).

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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

Massimo Gobbino wrote:
GIMUSI wrote: ma non saprei come determinarne una in generale :roll:
Beh, produrre una base ortonormale è equivalente a produrre una matrice ortogonale. Si tratta quindi di trovare una matrice ortogonale con una riga (o colonna?) "costante". Una delle 2 opzioni è quasi banale da trovare, quindi l'altra pure! (Lo so, sono stato un po' criptico, ma il mio vuole essere solo un aiutino).
l'aiutino ha prodotto i seguenti (scarsissimi) progressi:

- operare per riga o per colonna direi che è lo stesso...visto che [tex]M^-^1=M^t[/tex] anche la trasposta è una matrice ortogonale

- in dimensione [tex]n[/tex] la papabile riga o colonna costante è necessariamente [tex]1/\sqrt n[/tex] (che nell'interpretazione geometrica è proprio il vettore "diagonale dell'ipercubo" normalizzato)

- se si parte dalla riga costante i vettori della base sono le colonne della matrice ortonormale...se si parte dalla colonna costante i vettori della base cercata sono le righe...

- mi pare che sia plausibile anche il caso di prima riga uguale a prima colonna (il che equivale a dire che il vettore "diagonale dell'ipercubo" normalizzato fa parte della base)

- ad esempio per n=4 una matrice del genere è la seguente:

[tex]\begin{matrix}
1/2 & 1/2 & 1/2 & 1/2 \\
1/2 & 1/2 & -1/2 & -1/2 \\
1/2 & -1/2 & 1/2 & -1/2 \\
1/2 & -1/2 & -1/2 & 1/2
\end{matrix}[/tex]

detto questo non riesco ad individuare un criterio furbo per costruire la matrice nel caso generale :|
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

:idea: forse un modo potrebbe essere i seguente

- si costruisce il primo vettore riga con componenti tutte uguali a [tex]1/\sqrt n[/tex]

- si completa ad una base di [tex]R^n[/tex] con [tex]n-1[/tex] vettori riga

- si bananizza con GS la base a partire dal primo vettore

- le colonne della matrice ortogonale ottenuta dovrebbero essere una base ortonormale con le prime componenti uguali :roll:
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by Massimo Gobbino »

GIMUSI wrote: le colonne della matrice ortogonale ottenuta dovrebbero essere una base ortonormale con le prime componenti uguali :roll:
:D

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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

Massimo Gobbino wrote:
GIMUSI wrote: le colonne della matrice ortogonale ottenuta dovrebbero essere una base ortonormale con le prime componenti uguali :roll:
:D
certo che ragionando sulla matrice ortogonale e sfruttandone le proprietà diventa come per magia tutto più semplice :)

mi chiedevo in che modo si possa costruire in generale anche la matrice ortogonale con prima/una riga e prima/una colonna aventi componenti tutte uguali a [tex]1/\sqrt n[/tex] (cioè con il vettore "diagonale dell'ipercubo" normalizzato incluso nella base)

...e se una tale base/matrice (a meno di permutazioni nell'ordine dei vettori) sia unica..."ragionando" geometricamente in analogia ai casi [tex]R^2[/tex] e [tex]R^3[/tex] mi verrebbe da dire di sì...
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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by matt_93 »

puoi spiegarmi come hai fatto l'esercizio 8?
perché non ho capito come hai fatto alcuni passaggi, specialmente dopo aver trovato v1...

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Re: Basi ortogonali e ortonormali 1

Post by GIMUSI »

matt_93 wrote:puoi spiegarmi come hai fatto l'esercizio 8?
perché non ho capito come hai fatto alcuni passaggi, specialmente dopo aver trovato v1...
[tex]v_1[/tex] è (come richiesto) il vettore intersezione normalizzato

[tex]v_2[/tex] è (come richiesto) un vettore appartenente a [tex]W_2[/tex] e ortogonale a [tex]v_1[/tex] normalizzato

visto che [tex]v_1[/tex] e [tex]v_2[/tex] appartengono a [tex]W_2[/tex], [tex]v_3[/tex] è un vettore ortogonale a [tex]W_2[/tex] normalizzato

permutando i segni si ottengono le 8 basi cercate
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