Ortogonalizare Gram-Schmidt

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În matematică și în special în algebră liniară , ortogonalizarea Gram-Schmidt este un algoritm care permite obținerea unui set de vectori ortogonali pornind de la un set generic de vectori liniar independenți într-un spațiu vectorial cu un produs scalar pozitiv definit . [1]

fundal

Procedura este denumită în onoarea matematicianului danez Jørgen Pedersen Gram (1850-1916) și a matematicianului german Erhard Schmidt (1876-1959); cu toate acestea, a fost introdus mai devreme în studiile lor și se găsește în lucrările lui Laplace și Cauchy .

Când se implementează ortogonalizarea pe un computer , transformarea Householder este de obicei preferată procesului Gram-Schmidt, deoarece acesta este mai stabil din punct de vedere numeric, adică erorile cauzate de rotunjire sunt mai puține.

Algoritmul

Este un spațiu vectorial real cu un produs scalar pozitiv definit . Lasa-i sa fie vectori liniar independenți în . Se întoarce algoritmul Gram-Schmidt vectori liniar independenți astfel încât:

Și:

Cu alte cuvinte, vectorii returnați sunt ortonormali , iar primii generează același sub spațiu ca primul vectori inițiali. [1]

Metodă

Proiecția ortogonală este funcția care „proiectează” vectorul ortogonal pe : [2]

Procedura Gram - Schmidt permite construirea unei baze ortogonale plecând de la o bază generică . A calcula este proiectat ortogonal pe subspațiu generat de . Se definește atunci ca diferență între și această proiecție, astfel încât să se garanteze că este ortogonală la toți vectorii din subspațiu . Apoi normalizarea bazei ortogonale (adică împărțirea fiecărui vector care o compune pentru propria sa normă ) se obține o bază ortonormală a spațiului. [3]

În special:

Primii doi pași ai algoritmului.

unde este este baza normalizată.

O verificare imediată a corectitudinii procedurii efectuate sau că a fost obținut un set de vectori ortogonali reciproc, este calculul produsului scalar între Și .

Generalizări

Procesul Gram-Schmidt se aplică și unei succesiuni infinite a vectorilor liniar independenți. Rezultatul este întotdeauna o succesiune de vectori ortogonali și cu normă unitară, astfel încât:

Scrierea prin intermediul determinantului

Rezultatul procedurii Gram-Schmidt poate fi exprimat nerecursiv folosind determinantul :

unde este , si pentru matricea este matricea Gram :

Exemplu

Având în vedere vectorii Și în planul euclidian echipat cu produsul scalar standard, aplicând procedura Gram-Schmidt avem:

obținerea vectorilor Și care sunt ortogonale între ele, așa cum arată produsul lor cu puncte:

Notă

  1. ^ a b Hoffman, Kunze , p . 280 .
  2. ^ S. Lang , pagina 152 .
  3. ^ S. Lang , pagina 154 .

Bibliografie

  • Serge Lang, Algebra liniară , Torino, Bollati Boringhieri , 1992, ISBN 88-339-5035-2 .
  • (EN) Kenneth Hoffman, Ray Kunze, Algebra liniară , ediția a II-a, Englewood Cliffs, NJ, Prentice - Hall, inc., 1971, ISBN 0-13-536821-9 .
  • ( EN ) FR Gantmacher, The theory of matrices , 1 , Chelsea, retipărire (1977)
  • (EN) AG Kurosh, Algebra superioară, MIR (1972)

Elemente conexe

linkuri externe

Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică