Post on 04-Jul-2015
Tutorial MTH 3201 Linear Algebras
Tutorial 4
Let ๐ข = ๐ข1, ๐ข2, ๐ข3 and ๐ฃ = ๐ฃ1, ๐ฃ2, ๐ฃ3 are vectors in ๐ ๐
IMPORTANT!
๐ข , ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ = ๐ข1๐ฃ1 + ๐ข2๐ฃ2 + ๐ข3๐ฃ3
Euclidean inner product on ๐ ๐
*Please develop your writing skills in mathematics
Symmetry
Additivity
Homogeneity
Positivity
Axiom
๐ข , ๐ค = ๐ข โ ๐ค = ๐ข2๐ค2 + ๐ข3๐ค3
= ๐ค2๐ข2 + ๐ค3๐ข3
= ๐ค โ ๐ข
= ๐ค , ๐ข
๐ข , ๐ค = ๐ค , ๐ข
๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข2๐ค2 + ๐ข3๐ค3
๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข2 + ๐ค2 ๐ฃ2 + ๐ข3 + ๐ค3 ๐ฃ3
= ๐ข2๐ฃ2 + ๐ค2 ๐ฃ2 + ๐ข3๐ฃ3 + ๐ค3๐ฃ3
= ๐ข2๐ฃ2 + ๐ข3๐ฃ3 + ๐ค2 ๐ฃ2 + ๐ค3๐ฃ3
= ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ
= ๐ข โ ๐ฃ + ๐ค โ ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข2๐ค2 + ๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค2๐ข2 + ๐ค3๐ข3
๐๐ข , ๐ค = ๐๐ข2๐ค2 + ๐๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค , ๐ข
= ๐๐ค2 ๐ข2 + ๐๐ค3๐ข3
๐๐ข , ๐ค = ๐ ๐ค , ๐ข
Let ๐ข = ๐ข1, ๐ข2, ๐ข3 and ๐ค = ๐ค1, ๐ค2, ๐ค3
๐ค ,๐ค โฅ 0 ๐๐๐ ๐ค ,๐ค = 0 ๐๐๐ ๐ค = 0
๐ค ,๐ค = ๐ค โ ๐ค = ๐ค2๐ค2 + ๐ค3๐ค3
๐ค ,๐ค = 0 ๐๐๐ ๐ค2 = ๐ค3= 0
๐ต๐ข๐ก, ๐ค1 ๐๐๐ ๐๐ ๐๐๐ฆ ๐ฃ๐๐๐ข๐, โ 0
โด ๐ข , ๐ค = ๐ข2๐ค2 + ๐ข3๐ค3 are not inner product on ๐ 3
Symmetry
Additivity
Homogeneity
Positivity
Axiom
๐ข , ๐ค = ๐ข โ ๐ค = ๐ข1๐ค1 + 2๐ข2๐ค2 + 3๐ข3๐ค3
= ๐ค1๐ข1 + 2๐ค2๐ข2 + 3๐ค3๐ข3
= ๐ค โ ๐ข
= ๐ค , ๐ข
๐ข , ๐ค = ๐ค , ๐ข
๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข1๐ค1 + 2๐ข2๐ค2 + 3๐ข3๐ค3 ๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข1 + ๐ค1 ๐ฃ1
+2 ๐ข2 + ๐ค2 ๐ฃ2 + 3 ๐ข3 + ๐ค3 ๐ฃ3
= ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ + ๐ค โ ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข1๐ค1 + 2๐ข2๐ค2 + 3๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค1๐ข1 + 2๐ค2๐ข2 + 3๐ค3๐ข3
๐๐ข , ๐ค = ๐๐ข1๐ค1 + 2๐๐ข2๐ค2 + 3๐๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค , ๐ข
๐๐ข , ๐ค = ๐ ๐ค , ๐ข
Let ๐ข = ๐ข1, ๐ข2, ๐ข3 and ๐ค = ๐ค1, ๐ค2, ๐ค3
๐ค ,๐ค โฅ 0 ๐๐๐ ๐ค ,๐ค = 0 ๐๐๐ ๐ค = 0
๐ค ,๐ค = ๐ค โ ๐ค = ๐ค1๐ค1 + 2๐ค2๐ค2 + 3๐ค3๐ค3
๐ค ,๐ค = 0 ๐๐๐๐ค1 = ๐ค2 = ๐ค3= 0
โด ๐ข , ๐ค = ๐ข1๐ค1 + 2๐ข2๐ค2 + 3๐ข3๐ค3 are inner product on ๐ 3
= ๐ข1๐ฃ1 + ๐ค1 ๐ฃ1 + 2๐ข2๐ฃ2 + 2๐ค2 ๐ฃ2 +3๐ข3๐ฃ3 + 3๐ค3๐ฃ3
= ๐ข1๐ฃ1 + 2๐ข2๐ฃ2 + 3๐ข3๐ฃ3 + ๐ค1๐ฃ1 + 2๐ค2 ๐ฃ2 + 3๐ค3๐ฃ3
= ๐๐ค1๐ข1 + 2๐๐ค2๐ข2 + 3๐๐ค3๐ข3
Symmetry
Additivity
Homogeneity
Positivity
Axiom
๐ข , ๐ค = ๐ข โ ๐ค = ๐ข1๐ค1 + ๐ข2๐ค2 โ ๐ข3๐ค3
= ๐ค1๐ข1 + ๐ค2๐ข2 โ ๐ค3๐ข3
= ๐ค โ ๐ข
= ๐ค , ๐ข
๐ข , ๐ค = ๐ค , ๐ข
๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข1๐ค1 + ๐ข2๐ค2 โ ๐ข3๐ค3
๐ข + ๐ค , ๐ฃ = ๐ข1 + ๐ค1 ๐ฃ1 + ๐ข2 + ๐ค2 ๐ฃ2 โ ๐ข3 + ๐ค3 ๐ฃ3
= ๐ข1๐ฃ1 + ๐ค1๐ฃ1 + ๐ข2๐ฃ2 + ๐ค2๐ฃ2 โ ๐ข3 ๐ฃ3 โ ๐ค3๐ฃ3
= ๐ข , ๐ฃ + ๐ค , ๐ฃ
= ๐ข โ ๐ฃ + ๐ค โ ๐ฃ
Since ๐ข , ๐ค = ๐ข1๐ค1 + ๐ข2๐ค2 โ ๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค1๐ข1 + ๐ค2๐ข2 โ ๐ค3๐ข3
๐๐ข , ๐ค = ๐๐ข1๐ค1 + ๐๐ข2๐ค2 โ ๐๐ข3๐ค3
= ๐ ๐ค , ๐ข
๐๐ข , ๐ค = ๐ ๐ค , ๐ข
Let ๐ข = ๐ข1, ๐ข2, ๐ข3 and ๐ค = ๐ค1, ๐ค2, ๐ค3
๐ค ,๐ค โฅ 0 ๐๐๐ ๐ค ,๐ค = 0 ๐๐๐ ๐ค = 0
๐ค ,๐ค = ๐ค โ ๐ค = ๐ค1๐ค1 + ๐ค2๐ค2 โ ๐ค3๐ค3
๐ค ,๐ค โฅ 0,
๐ค12 + ๐ค2
2 ๐ โ๐๐ข๐๐ ๐๐ ๐๐๐๐๐ก๐๐ ๐กโ๐๐ ๐ค32
โด ๐ข , ๐ค = ๐ค1๐ค1 + ๐ค2๐ค2 โ ๐ค3๐ค3 are not inner product on ๐ 3
= ๐ข1๐ฃ1 + ๐ข2๐ฃ2 โ ๐ข3 ๐ฃ3 + ๐ค1๐ฃ1 + ๐ค2๐ฃ2 โ ๐ค3๐ฃ3
= ๐๐ค1 ๐ข1 + ๐๐ค2๐ข2 โ ๐๐ค3๐ข3
๐ค12 + ๐ค2
2 โ ๐ค32 โฅ 0
๐ค12 + ๐ค2
2 โฅ ๐ค32
๐ค12 + ๐ค2
2 < ๐ค32
๐ค = ๐ค ,๐ค 1/2 = ๐ค12 + ๐ค2
2 = 22 + (โ5)2 = 29
๐ค = 5(2) 2 + 2(โ5)2 = 70
๐ด๐ค =โ2 32 7
2โ5
=โ19โ31
๐ด๐ค = (โ19) 2 + (โ31)2 = 1322
๐ ๐ข , ๐ค = ๐ข โ ๐ค = โ1 โ 3 2 + 3 โ 5 2 = 20
๐ ๐ข , ๐ค = ๐ข โ ๐ค = 5 โ1 โ 3 2 + 2 3 โ 5 2
= ๐ข โ ๐ค , ๐ข โ ๐ค 1/2
= ๐ข โ ๐ค , ๐ข โ ๐ค 1/2 = 88
๐ข โ ๐ค = โ1,3 โ 3,5 = โ4, โ2
๐ด โ ๐ข โ ๐ค =โ2 32 7
โ4โ2
=2
โ22
๐ด โ ๐ข โ ๐ค = (2) 2 + (โ22)2 = 488
๐ด = ๐ด, ๐ด 1/2 =2 4โ3 1
,2 4โ3 1
1/2
= 22 + 42 + (โ3)2+1 = 30
๐ ๐ด, ๐ต = ๐ด โ ๐ต = ๐ด โ ๐ต, ๐ด โ ๐ต 1/2 = (2 + 4)2+(4 โ 2)2+(โ3 โ 5)2+ 1 โ 1 = 104
๐ด = ๐ด, ๐ด 1/2 =6 โ17 4
,6 โ17 4
1/2
= 62 + (โ1)2+72 + 42 = 102
๐ ๐ด, ๐ต = ๐ด โ ๐ต = ๐ด โ ๐ต, ๐ด โ ๐ต 1/2 = (6 + 1)2+(โ1 โ 8)2+72 + (4 โ 2)2
= 183
๐ = ๐ , ๐ 1/2 = ๐ ๐ฅ ๐ ๐ฅ ๐๐ฅ1
0
1/2
= 3๐ฅ2 โ 2 3๐ฅ2 โ 2 ๐๐ฅ1
0
= 9๐ฅ4 โ 12๐ฅ2 + 4 ๐๐ฅ1
0
=9๐ฅ5
5โ
12๐ฅ3
3+ 4๐ฅ
0
1
=9
5
๐ โ ๐ = 2๐ฅ2 โ x โ 2
๐ ๐ , ๐ = ๐ โ ๐
= ๐ โ ๐ , ๐ โ ๐ 1/2 = (2๐ฅ2 โ x โ 2) 2๐ฅ2 โ x โ 2 ๐๐ฅ1
0
1/2
= 4๐ฅ4 โ 4๐ฅ3 โ 7๐ฅ2 + 4๐ฅ + 4 ๐๐ฅ1
0
=52
15
๐ = ๐ , ๐ 1/2 = ๐ ๐ฅ ๐ ๐ฅ ๐๐ฅ1
0
1/2
= ๐ฅ2 + ๐ฅ + 1 ๐ฅ2 + ๐ฅ + 1 ๐๐ฅ1
0
= ๐ฅ4 + 2๐ฅ3 + 3๐ฅ2 + 2๐ฅ + 1 ๐๐ฅ1
0
=๐ฅ5
5+
2๐ฅ4
4+
3๐ฅ3
3+
2๐ฅ2
2+ ๐ฅ
0
1
=37
10
๐ โ ๐ = โ4๐ฅ2 + 2x โ 2
๐ ๐ , ๐ = ๐ โ ๐
= ๐ โ ๐ , ๐ โ ๐ 1/2 = (โ4๐ฅ2 + 2x โ 2 ) โ4๐ฅ2 + 2x โ 2 ๐๐ฅ1
0
1/2
=16๐ฅ5
5โ
16๐ฅ4
4+
20๐ฅ3
3โ
8๐ฅ2
2+ 4๐ฅ
0
1
=88
15
2๐ข , ๐ฃ โ ๐ค + ๐ฃ , ๐ฃ โ ๐ค = 2๐ข , ๐ฃ โ 2๐ข , ๐ค + ๐ฃ , ๐ฃ โ ๐ฃ โ ๐ค
= 2 ๐ข , ๐ฃ โ 2 ๐ข , ๐ค + ๐ฃ 2 โ ๐ฃ โ ๐ค = 2 3 โ 2 7 + 25 + 2 = 19
๐ข , ๐ฃ + 3๐ค โ ๐ฃ , ๐ฃ + 3๐ค + 2๐ค , ๐ฃ + 3๐ค = ๐ข , ๐ฃ + ๐ข , 3๐ค โ ๐ฃ , ๐ฃ โ ๐ฃ , 3๐ค + 2๐ค , ๐ฃ + 2๐ค , 3๐ค
= 3 + 3 7 โ 52 โ 3(โ2) + 2(โ2) + 6(8)2= 385
2๐ข + ๐ค , 2๐ข + ๐ค 1/2 = 2๐ข , 2๐ข + ๐ค + ๐ค , 2๐ข + ๐ค 1/2 = 4 ๐ข , ๐ข + 2 ๐ข , ๐ค + 2 ๐ค , ๐ข + ๐ค ,๐ค 1/2
= 4(2)2 + 2(7) + 2(7) + 82 1/2 = 108
๐ข โ 3๐ฃ + ๐ค , ๐ข โ 3๐ฃ + ๐ค 1/2
= ๐ข , ๐ข โ 3๐ฃ + ๐ค โ 3๐ฃ , ๐ข โ 3๐ฃ + ๐ค + ๐ค , ๐ข โ 3๐ฃ + ๐ค 1/2 = ( ๐ข , ๐ข โ 3 ๐ข , ๐ฃ + ๐ข , ๐ค โ 3 ๐ฃ , ๐ข + 9 ๐ฃ , ๐ฃ โ 3 ๐ฃ , ๐ค + ๐ค , ๐ข โ 3 ๐ค , ๐ฃ
+ ๐ค ,๐ค )1/2
= (2)2โ3 3 + 7 โ 3 3 + 9 5 2 โ 3 โ2 + 7 โ 3(โ2) + 82 1/2 = 301
๐ข , ๐๐ฃ = ๐๐ฃ , ๐ข = ๐ ๐ฃ , ๐ข = ๐ ๐ฃ , ๐ข
symmetry homogeneity symmetry
๐ข โ ๐ฃ , ๐ค = ๐ค , ๐ข โ ๐ฃ = ๐ค , ๐ข + ๐ค ,โ๐ฃ
= ๐ค , ๐ข + (โ1) ๐ค , ๐ฃ = ๐ข , ๐ค โ ๐ฃ , ๐ค
symmetry additivity homogeneity symmetry
๐ข , ๐ฃ = 5๐ข1๐ฃ1 + 2๐ข2๐ฃ2 = 5 2 0 + 2 3 โ1 = โ6 = 6 = 36
๐ข = ๐ข , ๐ข 1/2 = 5(2)2 + 2(3)2 = 38
๐ฃ = ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 = 5(0)2 + 2(โ1)2 = 2
๐ข โ ๐ฃ = 38 2 = 76 compare
36 < 76
โด ๐ข , ๐ฃ โค ๐ข โ ๐ฃ
Cauchy-Schwarz inequality
๐ข , ๐ฃ =2 61 โ3
,โ3 14 2
= โ6 + 6 + 4 โ 6 = โ2 = 2 = 4
๐ข = ๐ข , ๐ข 1/2 =2 61 โ3
,2 61 โ3
= 4 + 36 + 1 + 9 = 50
๐ฃ = ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 =โ3 14 2
,โ3 14 2
= 9 + 1 + 16 + 4 = 30
๐ข โ ๐ฃ = 50 30 = 1500
compare
4 < 1500
โด ๐ข , ๐ฃ โค ๐ข โ ๐ฃ
Cauchy-Schwarz inequality
โข Do as your exercise
๐โ๐๐๐๐๐ 1.5.3(๐)
๐ฃ =0 iff ๐ฃ = 0
๐ฃ = ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 = ๐ฃ12 + ๐ฃ2
2 + โฏ+ ๐ฃ๐2 โฅ 0
๐ฃ = ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 = ๐ฃ12 + ๐ฃ2
2 + โฏ+ ๐ฃ๐2 = 0 iff ๐ฃ1 = ๐ฃ2 = โฏ = ๐ฃ๐ = 0 โ ๐ฃ = 0
โด ๐ฃ =0 iff ๐ฃ = 0
๐โ๐๐๐๐๐ 1.5.3(๐)
๐๐ฃ = ๐ ๐ฃ
๐๐ฃ = ๐๐ฃ , ๐๐ฃ 1/2 = ๐ ๐ฃ , ๐๐ฃ 1/2 = ๐2 ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 = ๐ ๐ฃ , ๐ฃ 1/2 = ๐ ๐ฃ
๐โ๐๐๐๐๐ 1.5.3(๐)
๐ ๐ข , ๐ฃ =0 iff ๐ข = ๐ฃ
= ๐ข1 โ ๐ฃ12 + ๐ข2 โ ๐ฃ2
2 + โฏ+ ๐ข๐ โ ๐ฃ๐2 โฅ 0
๐ข1 = ๐ฃ1, โฆ ๐ข๐ = ๐ฃ๐ โ ๐ข = ๐ฃ
๐โ๐๐๐๐๐ 1.5.3(โ)
๐ ๐ข , ๐ฃ โค ๐ ๐ข , ๐ค + ๐ ๐ค , ๐ฃ
๐ ๐ข , ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ , ๐ข โ ๐ฃ 1/2
๐ ๐ข , ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ = ๐ข1 โ ๐ฃ12 + ๐ข2 โ ๐ฃ2
2 + โฏ+ ๐ข๐ โ ๐ฃ๐2 = 0 iff
โด ๐ ๐ข , ๐ฃ =0 iff ๐ข = ๐ฃ
๐ ๐ข , ๐ฃ = ๐ข โ ๐ฃ = ๐ข + ๐ค โ ๐ค โ ๐ฃ = ๐ข โ ๐ค + ๐ค โ ๐ฃ โค ๐ข โ ๐ค + ๐ค โ ๐ฃ
= ๐ ๐ข , ๐ค + ๐ ๐ค , ๐ฃ
โด ๐ ๐ข , ๐ฃ โค ๐ ๐ข , ๐ค + ๐ ๐ค , ๐ฃ
-dr Radz