Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Линейная алгебра и функции нескольких переменных
для студентов 1 курса 2 семестра на 2012/13 учебный год
кроме специальностей факультетов ГУИМЦ, ИУ9, РК-6, ФН2, АКФ3, Юр
Литература
Основная литература (ОЛ)
Методические пособия, изданные в МГТУ (МП)
Лекции
Модуль 1. Линейная алгебра
Лекция 1. Аксиомы и примеры линейных пространств. Линейно зависимые и линейно независимые векторы. Критерий линейной зависимости, его следствия. Определение базиса и размерности линейного пространства. Теорема о единственности разложения по базису. Координаты вектора. Линейные операции над векторами в базисе. Матрица перехода к новому базису. Преобразование координат вектора при переходе к новому базису.
ОЛ-1, гл. 1, § 1.11.8; ОЛ-3, гл. 2, § 1, 2, 4.
Лекция 2. Подпространства линейного пространства. Ранг системы векторов, связь с рангом матрицы. Линейная оболочка. Примеры. Евклидово пространство, аксиомы и примеры. Норма вектора. Неравенство Коши-Буняковского и неравенство треугольника. Ортогональность векторов. Линейная независимость ортогональной системы ненулевых векторов. Ортонормированный базис евклидова пространства. Вычисление скалярного произведения и нормы вектора в ортонормированном базисе.
ОЛ-1, гл. 2, § 2.1, 2.42.6, гл. 3, § 3.13.7; ОЛ-3, гл. 2, § 3, гл. 4, § 1, 2.
Лекция 3. Теорема о существовании ортонормированного базиса и процесс ортогонализации Грама - Шмидта (без док-ва). Линейные операторы и их матрицы (определение, примеры). Преобразование матрицы линейного оператора при переходе к новому базису, инвариантность ее определителя. Подобные матрицы. Действия над линейными операторами и соответствующие действия с их матрицами. Собственные векторы и собственные значения линейного оператора.
ОЛ-1, гл. 3, § 3.8, гл. 4 § 4.14.5; ОЛ-3, гл. 5, §1, 2.
Лекция 4. Характеристический многочлен линейного оператора, его независимость от базиса. След матрицы линейного оператора и его инвариантность. Характеристический многочлен и собственные значения матрицы. Свойство множества собственных векторов, отвечающих одному и тому же собственному значению. Алгебраическая и геометрическая кратности собственного значения, связь между ними (без док-ва). Теорема о линейной независимости собственных векторов, отвечающих различным собственным значениям. Существование базиса из собственных векторов в случае действительных и некратных корней характеристического уравнения. Матрица линейного оператора в базисе, состоящем из его собственных векторов.
ОЛ-1, гл. 5 § 5.15.5, гл. 6, § 6.1, 6.2; ОЛ-3, гл. 5, § 3.
Лекции 5-6. Линейные операторы в евклидовых пространствах. Сопряженный и самосопряженный операторы, их матрицы в ортонормированном базисе. Свойства корней характеристического многочлена самосопряженного оператора: вещественность и равенство алгебраических и геометрических кратностей (без док-ва). Ортогональность собственных векторов самосопряженного оператора, отвечающих различным собственным значениям. Существование ортонормированного базиса из собственных векторов самосопряженного оператора (док-во для случая различных собственных значений). Ортогональные преобразования, ортогональные матрицы и их свойства. Диагонализация симметрической матрицы ортогональным преобразованием.
ОЛ-1, гл. 6, § 6.3; ОЛ-3, гл. 5.
Лекция 7. Квадратичные формы. Координатная и матричная формы записи. Преобразование матрицы квадратичной формы при переходе к новому базису. Ранг квадратичной формы, его независимость от выбора базиса. Знакоопределенные квадратичные формы. Критерий Сильвестра (без док-ва). Канонический вид квадратичной формы. Метод Лагранжа. Закон инерции квадратичных форм (без док-ва).
ОЛ-1, гл. 8, § 8.18.3, 8.6; ОЛ-3, гл. 5, § 6.
Лекция 8. Приведение квадратичной формы к каноническому виду ортогональным преобразованием. Приведение уравнений кривых и поверхностей второго порядка к каноническому виду с помощью ортогонального преобразования.
ОЛ-1, гл. 8, § 8.4, 8.5; гл. 9, § 9.19.3; ОЛ-3, гл. 5, § 6.
Модуль 2. Функции нескольких переменных
Лекция 9. Метрика и окрестности в . Открытые, замкнутые, ограниченные и связные множества в . Граница множества. Понятие области в . Скалярная функция нескольких переменных (ФНП) как отображение (). Линии и поверхности уровня. Предел ФНП. Бесконечно малые и бесконечно большие ФНП. Непрерывность ФНП в точке, на множестве. Свойства ФНП, непрерывных на множестве (без док-ва).
ОЛ-2, гл. 1, § 1.11.7; ОЛ-4, гл. 8, § 14; ОЛ-5, гл. 8, § 13, 11, 12.
Лекция 10. Частные производные ФНП, геометрическая интерпретация для п = 2. Частные производные высших порядков. Теорема о независимости смешанных частных производных от порядка дифференцирования. Матрица Гессе. Дифференцируемость ФНП. Необходимые условия и достаточное условие дифференцируемости.
ОЛ-2, гл. 2, § 2.12.6, гл. 3, § 3.1, 3.2; ОЛ-4, гл. 8, § 5, 6; ОЛ-5, гл. 8, § 4, 5.
Лекция 11. Полный дифференциал ФНП. Необходимые и достаточные условия того, что выражение является полным дифференциалом (необходимость с доказательством). Восстановление функции по ее полному дифференциалу. Применение дифференциала ФНП к приближенным вычислениям. Производная сложной функции. Частная и полная производные ФНП. Инвариантность формы первого дифференциала. Дифференциалы высших порядков.
ОЛ-2, гл. 2, § 2.7, ОЛ-4, гл. 8, § 710; ОЛ-5, гл. 8, § 69.
Лекция 12. Неявные функции. Теорема о существовании (без док-ва) и дифференцируемости неявной ФНП. Производная ФНП по направлению и градиент, их свойства.
ОЛ-2, гл. 2, § 2.7, гл. 3, § 3.5, гл. 4, § 4.14.3; ОЛ-4, гл. 8, §10, 11; ОЛ-5, гл. 8, § 9, 15.
Лекция 13. Касательная плоскость и нормаль к поверхности, условия их существования и вывод уравнений. Геометрический смысл дифференциала функции двух переменных. Формула Тейлора для ФНП (без док-ва).
ОЛ-2, гл. 5, § 5.15.4, гл. 3, § 3.4; ОЛ-4, гл. 8, §14, 15, 17; ОЛ-5, гл. 8, § 7, 8, 1316.
Лекции 14-15. Экстремум ФНП. Необходимое условие существования экстремума. Достаточные условия экстремума (формулировка с помощью матрицы Гессе, без док-ва). Условный экстремум ФНП, его геометрическая интерпретация (при ), функция Лагранжа. Необходимое условие существования условного экстремума (вывод для ). Достаточные условия (без док-ва). Нахождение наибольшего и наименьшего значений дифференцируемой ФНП на замкнутом ограниченном множестве.
ОЛ-2, гл. 6, § 6.16.4, гл. 7, § 7.17.4; ОЛ-4, гл. 8, § 18; ОЛ-5, гл. 8, § 19.
Лекция 16. Векторная ФНП (ВФНП) как отображение (). Координатные функции ВФНП. Геометрическая интерпретация для n, m = 2, 3. Предел ВФНП. Непрерывность ВФНП. Матрица Якоби ВФНП, якобиан (при ). Дифференцируемость ВФНП, ее дифференциал. Производная сложной ВФНП в матричной форме.
ОЛ-2, гл. 1, § 1.21.4, гл. 2, § 2.3, 2.6, 2.7; ДЛ -2, гл. 5, § 41, пп. 41.441.7.
Лекция 17. Обзорная.
Семинары
Модуль 1. Линейная алгебра
Занятие 1. Линейное пространство. Линейная зависимость. Базис и размерность пространства. Переход к новому базису.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.14.9 (неч.), 4.15, 4.17, 4.21, 4.24, 4.28, 4.30, 4.37 или
ДЛ-3, гл. 3: 717 (неч.), 2125 (неч.), 2933 (неч.), 40, 5357(неч.), 63.
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.24.10 (четн.), 4.16, 4.18, 4.19, 4.25, 4.31 или
ДЛ-3, гл. 3: 814 (четн.), 2226 (четн.), 3034 (четн.), 42, 5458 (четн.), 64.
Занятие 2. Ранг системы векторов. Линейная оболочка системы векторов. Подпространство линейного пространства.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.454.53 (неч.) или
ДЛ-3, гл. 3: 7377 (неч.), 8791 (неч.), 9599 (неч.).
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.46, 4.48, 4.52, 4.54 или
ДЛ-3, гл. 3: 7478 (четн.), 8892 (четн.), 96100 (четн.), гл. 4: 612 (четн.), 32, 38.
Занятие 3. Евклидовы пространства. Процесс ортогонализации Грама Шмидта.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.63 (а), 4.64 (а), 4.65 (а,б), 4.674.76 (неч.), или
ДЛ-3, гл. 4: 512 (неч.), 17 24 (неч.), 31, 37, 39, 47, 49, 53, 57, 59.
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.63 (б), 4.64 (б), 4.65 (в), 4.674.76 (четн.) или
ДЛ-3, гл. 4: 512 (четн.) 1724 (четн.), 32, 38, 48, 50, 54, 58, 60.
Занятие 4. Линейные операторы и их матрицы. Преобразование матрицы линейного оператора при переходе к новому базису. Действия над линейными операторами.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.83 4.99 (неч.), 4.103, 4.106 (б), 4.107, 4.110, 4.113 или
ДЛ-3, гл. 5: 1, 5, 7, 21, 23, 25, 32 (а), 33 (а), 44, 45 (а), 47, 49, 51 (а, б), 71.
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.84, 4.86, 4.90 4.100 (четн.), 4.102, 4.104, 4.108, 4.110(б), 4.118 или
ДЛ-3, гл. 5: 6, 8, 22, 24, 32 (6), 33 (б), 43, 45 (б), 48, 51 (в, г), 72.
Занятие 5. Собственные векторы и собственные значения линейного оператора. Диагонализация симметричных матриц ортогональным преобразованием.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.129, 4.131, 4.1354.143 (неч.), 4.174, 4.183, 4.191 или
ДЛ-3, гл. 5: 7580 (неч.). 89100 (неч.), 155162 (неч.).
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.130, 4.132, 4.1344.142 (четн.), 4.176, 4.184, 4.186 или
ДЛ-3, гл. 5: 7580 (четн). 89100 (четн.), 156162 (четн.).
Занятие 6. Квадратичные формы, критерий Сильвестра. Преобразование матрицы квадратичной формы при переходе к новому базису.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.2184.225 (четн.) или
ДЛ-3, гл. 6: 13, 15, 43, 45.
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.2184.233 (неч.) или
ДЛ-3, гл. 6: 14, 16, 44, 46.
Занятия 7-8. Приведение квадратичной формы к каноническому виду методом Лагранжа и ортогональным преобразованием. Приведение кривых второго порядка к каноническому виду.
Ауд.: ОЛ-6, гл. 4: 4.210, 4.211, 4.213, 4.215, 4.226, 4.228, 4.231 или
ДЛ-3, гл. 6: 19, 21, 23 (б), 29, 31, 35, 47, 49, 55.
Дома: ОЛ-6, гл. 4: 4.212, 4.214, 4.216, 4.227, 4.229, 4.230 или
ДЛ-3, гл. 6: 20, 22, 23 (а), 30, 32, 36, 48, 50, 56.
Занятие 9. Контроль по модулю (рубежный контроль).
Модуль 2. Функции нескольких переменных
Занятие 10. Область определения ФНП. Линии и поверхности уровня. Предел и непрерывность ФНП.
Ауд.: ОЛ-8: 1792 (в), 1793 (г), 1794 (в), 1795 (а), 1796 (в), 1797 (б, в), 1788 (в), найти предел , проверить функцию на непрерывность в точке (0; 0) или
ОЛ-6, гл. 7: 7.6, 7.8, 7.10, 7.19, 7.21 (построить линии и поверхности уровня), 7.32, 7.35, 7.44, 7.46, 7.50, 7.55.
Дома: ОЛ-8 гл. 4: 1792 (е, и), 1793 (б, в), 1794(г, ж), 1796 (а, б), 1797 (г, е), 1799 (б) или
ОЛ-6, гл. 7: 7.7, 7.9, 7.13, 7.20 (построить линии и поверхности уровня), 7.33, 7.34, 7.45, 7.47, 7.51.
Занятие 11. Частные производные 1-го порядка. Частные производные высших порядков. Дифференциал первого и второго порядка ФНП.
Ауд.: ОЛ-8: 18011825 (неч), 1892, 1894, 1897, 1834, 1838, 1844, 1917, 1924 или
ОЛ-6, гл. 7: 7.57, 7.60, 7.61, 7.63, 7.66, 7.87, 7.89, 7.91, 7.103, 7.105, проверить функцию на дифференцируемость в точке (0,0).
Дома: ОЛ-8: 18011825 (четн.), 1891, 1893, 1898, 1838, 1840, 1845, 1916, 1925 или
ОЛ-6, гл. 7: 7.56, 7.58, 7.59, 7.62, 7.64, 7.67, 7.88, 7.90, 7.92, 7.102, 7.107.
Занятия 12-13. Производная сложной и неявной ФНП. Производная по направлению и градиент ФНП. Касательная плоскость и нормаль к поверхности.
Ауд.: ОЛ-8: 1856, 1861, 1864, 1865, 1870, 1944, 1946, 1948, 1950, 1955, 1876, 1878, 1882 (а), 1886, 1889, 1981 (а), 1982, 1985, 1986 или
ОЛ-6, гл. 7: гл. 7: 7.114, 7.119, 7.122, 7.129, 7.135, 7.141, 7.145, 7.149, 7.152, 7.229 (а), 7.233 (а), 7.232, 7.234, 7.239 (а); ОЛ-7, гл. 10: 10.3110.43 (неч.).
Дома: ОЛ-8: 1857, 1862, 1863, 1871, 1943, 1947, 1949, 1956, 1877, 1879, 1882 (6), 1883, 1888, 1981 (б), 1984, 1987, 1990 или
ОЛ-6, гл. 7: 7.116, 7.118, 7.123, 7.130, 7.136, 7.140, 7.146, 7.150, 7.151; 7.229 (б), 7.233 (б,в), 7.235, 7.239 (б); ОЛ-7, гл. 10: 10.3210.44 (четн.).
Занятия 14-15. Безусловный и условный экстремум ФНП.
Ауд.: ОЛ-8: 2008, 2010, 2012, 2016, 2016.1, 20212024, 2031 или
ОЛ-6, гл. 7: 7.1877.195 (неч.), 7.201, 7.205, 7.214.
Дома: ОЛ-8: 2009, 2011, 2014, 2016.2, 2023, 2024, 2033 или
ОЛ-6, гл. 7: 7.1877.195 (четн.), 7.2027.204, 7.2107.213.
Занятие 16. Контроль по модулю (рубежный контроль).