Diszkrét matematika I., 11. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach 2005. november 22.

Hasonló dokumentumok
KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Lineáris algebra gyakorlat

Operációkutatás. 2. konzultáció: Lineáris programozás (2. rész) Feladattípusok

Kombinatorika. 9. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Kombinatorika p. 1/

Lineáris algebra jegyzet

Lineáris Algebra gyakorlatok

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

A Hozzárendelési feladat megoldása Magyar-módszerrel

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Trigonometria

Jelek tanulmányozása

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták, lineáris függetlenség

Érettségi feladatok Algoritmusok egydimenziós tömbökkel (vektorokkal) 1/6. Alapműveletek

MBLK12: Relációk és műveletek (levelező) (előadásvázlat) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Rel aci ok Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, május 29.) Maróti Miklós

MATEMATIKA FELADATGYŰJTEMÉNY

Matematika III. 1. Kombinatorika Prof. Dr. Závoti, József

MÁTRIXOK SAJÁTÉRTÉKEINEK ÉS SAJÁTVEKTORAINAK KISZÁMÍTÁSA. 1. Definíció alkalmazásával megoldható feladatok

A döntő feladatai. valós számok!

Lineáris programozás. Modellalkotás Grafikus megoldás Feladattípusok Szimplex módszer

Analízis elo adások. Vajda István október 3. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2011/2012-es tanév első (iskolai) forduló haladók I. kategória

Feladatok megoldásokkal a negyedik gyakorlathoz (Függvényvizsgálat) f(x) = 2x 2 x 4. 2x 2 x 4 = 0, x 2 (2 x 2 ) = 0.

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Determinánsok. A determináns fogalma olyan algebrai segédeszköz, amellyel. szolgáltat az előbbi kérdésekre, bár ez nem mindig hatékony.

1.1. Gyökök és hatványozás Hatványozás Gyökök Azonosságok Egyenlőtlenségek... 3

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

2. Hatványozás, gyökvonás

2011. március 9. Dr. Vincze Szilvia

Analízis elo adások. Vajda István szeptember 24. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Párhuzamos programozás

Az aktiválódásoknak azonban itt még nincs vége, ugyanis az aktiválódások 30 évenként ismétlődnek!

BUDAPESTI KÖZGAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM. Puskás Csaba, Szabó Imre, Tallos Péter LINEÁRIS ALGEBRA JEGYZET

A SZÁMFOGALOM KIALAKÍTÁSA

Lineáris algebra I. Kovács Zoltán. Előadásvázlat (2006. február 22.)

G Szabályfelismerés feladatcsomag

2004. december 1. Irodalom

Azonosító jel: Matematika emelt szint

Wassily Leontieff Az amerikai gazdaság szerkezete c. úttörő munkájára támaszkodó modellek több száz egyenletet és ismeretlent tartalmaztak.

Mátrixaritmetika. Tartalom:

Juhász Tibor. Lineáris algebra

2. témakör: Számhalmazok

Miskolci Egyetem. Diszkrét matek I. Vizsga-jegyzet. Hegedűs Ádám Imre

5. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 5. előadás Lineáris függetlenség

Áramlástechnikai gépek soros és párhuzamos üzeme, grafikus és numerikus megoldási módszerek (13. fejezet)

Műveletek mátrixokkal. Kalkulus. 2018/2019 ősz

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY FŐVÁROSI DÖNTŐ SZÓBELI (2005. NOVEMBER 26.) 5. osztály

22. szakkör (Csoportelméleti alapfogalmak 1.)

[GVMGS11MNC] Gazdaságstatisztika

- hányadost és az osztót összeszorozzuk, majd a maradékot hozzáadjuk a kapott értékhez

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2011/2012 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Döntő. x 3x 2 <

JANUS PANNONIUS TUDOMÁNYEGYETEM. Schipp Ferenc ANALÍZIS I. Sorozatok és sorok

Normalizálás. Definíció: Első normálforma (1NF): A reláció minden sorában pontosan egy elemi attribútum érték áll.

1. Írja fel prímszámok szorzataként a 420-at! 2. Bontsa fel a et két részre úgy, hogy a részek aránya 5 : 4 legyen!

Diszkrét matematika II., 5. előadás. Lineáris egyenletrendszerek

ÉT: x R ÉK: y R ZH: x = 0 SZÉ: - SZMN páratlan fv. n a

1. forduló. MEGOLDÁSOK Pontszerző Matematikaverseny 2015/2016-os tanév

Mátrixok. 3. fejezet Bevezetés: műveletek táblázatokkal

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY ORSZÁGOS DÖNTŐ SZÓBELI (2012. NOVEMBER 24.) 3. osztály

ELLENÁLLÁSOK PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁSA, KIRCHHOFF I. TÖRVÉNYE, A CSOMÓPONTI TÖRVÉNY ELLENÁLLÁSOK PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁSA. 1. ábra

Color profile: Generic CMYK printer profile Composite 150 lpi at 45 degrees

Halmazok és függvények

MATLAB. 4. gyakorlat. Lineáris egyenletrendszerek, leképezések

Játékok (domináns stratégia, alkalmazása

Középiskolai matematika szakköri Feladatok a Fibonacci számok témaköréből Melczer Kinga

Lineáris algebra és mátrixok alkalmazása a numerikus analízisben

MATEMATIKA HETI 3 ÓRA

Osztályozó és Javító vizsga témakörei matematikából 9. osztály 2. félév

Fejezetek a lineáris algebrából PTE-PMMK, Műszaki Informatika Bsc. Dr. Kersner Róbert

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 1

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY DÖNTŐ osztály

SZÁMÍTÓGÉPES NYELVI ADATBÁZISOK

Függvényvizsgálat. Végezzük el az alábbi függvények teljes függvényvizsgálatát:

Útmutató a vízumkérő lap kitöltéséhez

Matematika példatár 6.

1. A kétszer kettes determináns

MATEMATIKA VERSENY

Absztrakt algebra I. Csoportelmélet

Ha a síkot egyenes vagy görbe vonalakkal feldaraboljuk, akkor síkidomokat kapunk.

Koordináta - geometria I.

IV.5. GARÁZS 1. A feladatsor jellemzői

Lineáris Algebra GEMAN 203-B. A három dimenziós tér vektorai, egyenesei, síkjai

Emelt szintű érettségi feladatsorok és megoldásaik Összeállította: Szászné Simon Judit; dátum: november. I. rész

MATEMATIKA ÍRÁSBELI VIZSGA május 3.

Programozás I gyakorlat

Programozási tételek

Egy irányított szakasz egyértelműen meghatároz egy vektort.

1. ábra ábra

Az informatika oktatás téveszméi

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

A táblázatkezelő felépítése

Számelméleti feladatok az általános iskolai versenyek tükrében dr. Pintér Ferenc, Nagykanizsa

Diszkrét matematika I. gyakorlat

Nagy András. Számelméleti feladatgyűjtemény 2009.

Amit a Hőátbocsátási tényezőről tudni kell

148 feladat ) + ( > ) ( ) =?

Javítóvizsga témakörei matematika tantárgyból

1. Metrótörténet. A feladat folytatása a következő oldalon található. Informatika emelt szint. m2_blaha.jpg, m3_nagyvaradter.jpg és m4_furopajzs.jpg.

1. fogalom. Add meg az összeadásban szereplő számok elnevezéseit! Milyen tulajdonságai vannak az összeadásnak? Hogyan ellenőrizzük az összeadást?

Átírás:

1 Diszkrét matematika I, 11 előadás Dr Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach@infnymehu http://infnymehu/ takach 2005 november 22 Permutációk Definíció Permutáción n különböző elem valamely sorrendjét értjük Az n elem átltalában 1, 2,, n Másképpen: egy permutáció egy σ : {1, 2,, n} {1, 2,, n} kölcsönösen egyértelmű leképezés: σ(1) az első helyen álló szám, σ(2) a második helyen álló szám, Például az 52314 permutáció esetén σ(1) 5, σ(2) 2, σ(3) 3, σ(4) 1, σ(5) 4 Definíció Az 1, 2,, n elemek egy permutációjában két elem inverzióban áll, ha közülük a nagyobbik megelőzi a kisebbiket Azaz σ(i) > σ(j) valamely i < j-re A permutáció inverziószáma az inverzióban álló párok száma Jele I(σ) Például a fenti permutációban inverzióban áll: 5-2, 5-3, 5-1, 5-4, 2-1, 3-1 Definíció Egy permutáció páros, ha az inverziószáma páros, páratlan, ha az inverziószáma páratlan Például az 52314 permutáció páros, mert I(σ) 6 Tétel I Ha egy permutációban két szomszédos elemet felcserélünk, akkor az inverziószám eggyel változik II Ha egy permutációban két tetszőleges elemet felcserélünk, az inverziószám páratlannal változik Bizonyítás I A két felcserélt elem viszonya megváltozik Más elemekhez való viszonyuk nem II Tfh k darab elem áll a felcserélendő két elem (b és c) között, és tfh b van előbb a sorban Mozgassuk b-t c mellé, hogy sorban felcseréljük a köztük álló k elemmel Cseréljük fel b-t és c-t Mozgassuk c-t b eredeti helyére, hogy sorban felcseréljük az eredetileg köztük álló k elemmel Összesen Azaz az inverziószám egy (2k + 1) és 2k + 1 közé eső páratlan számmal változik k darab csere 1 darab csere k darab csere 2k + 1 darab csere Az alábbi tételre nem lesz szükségünk determinánsok számolásánál, de második félévben majd kell Tétel Ha n > 1, akkor n elemnek ugyanannyi páros és páratlan permutációja van Bizonyítás Egy permutációban az első és a második elem felcserélése párosból páratlant, illetve páratlanból párosat gyárt, különbözőekből különbözőeket

Determinánsok 2 mátrix táblázat determináns egyetlen szám, amivel a mátrixot valamilyen szempontból jellemezzük Négyzetes mátrix elemeiből képzett szorzatok ±1 együtthatós összegeit vesszük A szorzatok minden sorból és oszlopból pontosan egy elemet tartalmaznak Az első sorból a σ(1) oszlopbeli, a második sorból a σ(2) oszlopbeli,, az n-ik sorból a σ(n) oszlopbeli elemet vesszük Mivel minden oszlopból pontosan egy elemet veszünk, ezért σ(1), σ(2),, σ(n) az 1, 2,, n számok egy sorrendje, azaz permutációja Példa a 11 x 1 + a 12 x 2 b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 b 2 Egyenlő együtthatók elve: Tfh a 11 a 22 a 12 a 21 0 Ekkor a 11 a 22 x 1 + a 12 a 22 x 2 b 1 a 22 a 21 a 12 x 1 + a 22 a 12 x 2 b 2 a 12 a 11 a 22 a 21 a 12 x 1 + 0x 2 b 1 a 22 b 2 a 12 x 1 b 1a 22 a 12 b 2 a 11 a 22 a 12 a 21 és hasonlóan x 2 b 1a 22 a 12 b 2 a 11 a 22 a 12 a 21 Itt pont az alábbi négyzetes mátrixok determinánsai szerepelnek: ( ) ( ) ( ) a11 a 12 b1 a 12 a11 b 1 a 21 a 22 b 2 a 22 a 21 b 2 Determináns definíciója Definíció Az négyzetes mátrix determinánsa det A A a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n a n1 a n2 a nn a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n ( 1) I(σ) a 1σ(1) a 2σ(2) a nσ(n), σ a n1 a n2 a nn ahol az összegzést az 1, 2,, n számok minden lehetséges permutációjára el kell végezni n! tag, fele +, fele - előjelű 2 2-es és 3 3-as determináns TÁBLÁN

Determináns definíciója (folyt) 3 A determináns definíciójánál a szorzatok tényezőit sorok szerint rendeztük Ha tetszőleges sorrendben írjuk őket, akkor az alábbi tétel alapján számolhatunk Tétel Legyen a ρ(1)σ(1) a ρ(2)σ(2) a ρ(n)σ(n) egy szorzat a determináns definíciójából, melynek n tényezőjét tetszőleges sorrendben írtuk fel (ρ a sorindexeknek, σ az oszlopindexeknek megfelelő permutáció) Ekkor a szorzat előjele ( 1) I(ρ)+I(σ) Bizonyítás Ha ρ(i) i, azaz ρ a sorok természetes sorrendjének megfelelő identikus permutáció, akkor I(ρ) 0 és az előjel pont a definíció szerinti Tényezők egy tetszőleges sorrendje ebből cserék egymásutánjával kapható Egy cserére az I(ρ) és I(σ) is páratlannal változik, azaz az összegük párossal Ezzel a sorok és oszlopok szerepe szimmetrikussá vált Azaz minden amit sorokra kimondunk, oszlopokra is igaz, a bizonyításban csak a sor és oszlop szavakat kell következetesen felcserélni A determináns tulajdonságai I-III Tétel I Ha a főátló alatt vagy fölött minden elem 0, akkor a determináns a főátlóbeli elemek szorzata II Ha valamely sor, vagy oszlop minden eleme 0, akkor a determináns is 0 III Ha valamelyik sor minden elemét λ-val szorozzuk, akkor a determináns értéke is λ-val szorzódik Bizonyítás I Ha egy szozat a definícióban tartalmaz főátló feletti elemet, akkor főátló alattit is, és viszont Így a definícióbeli n! tag (szorzat) közül egy kivételével mind 0 II Következik III-ból III Minden egyes szorzatban pontosan egy tényező lesz λ-szoros, ezek a λ-k kiemelhetők az összeg elé A determináns tulajdonságai IV Tétel IV Ha valamelyik sor (oszlop) minden eleme egy kéttagú összeg, akkor a determináns is két determináns összege: a 11 + a 11 a 12 + a 12 a 1n + a 1n a 21 a 22 a 2n a n1 a n2 a nn a 11 a 12 a 1n a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n a 21 a 22 a 2n + a n1 a n2 a nn a n1 a n2 a nn Bizonyítás Minden szorzat pont egy elemet tartalmaz az első sorból A determináns tulajdonságai V Tétel V Ha egy determináns két sora (oszlopa) egyenlő, akkor a determináns értéke 0 Bizonyítás Tfh az első két sor egyezik meg, azaz a 1j a 2j minden j-re A determináns egy tagja: S a 1σ(1) a 2σ(2) a 3σ(3) a nσ(n)

Ugyanez a szorzat előfordul mint mert (RAJZ!) S a 1σ(2) a 2σ(1) a 3σ(3) a nσ(n), a 1σ(1) a 2σ(1) és a 2σ(2) a 1σ(2) S előjelét az σ(1)σ(2)σ(3) σ(n) permutáció paritása határozza meg, S -ét pedig a σ(2)σ(1)σ(3) σ(n) permutáció paritása: a kettő pont ellenkező Azaz a definícióban szereplő szorzatok párba állíthatók úgy, hogy a párok kiejtsék egymást A determináns tulajdonságai VI KövetkezményVI Ha valamelyik sor egy másik λ-szorosa, akkor a determináns értéke 0 4 Bizonyítás A III és az V tulajdonságokból következik (λ kiemelése után két azonos sor lesz) A determináns tulajdonságai VII Tétel VII Ha egy sorhoz hozzáadjuk egy másik sor λ-szorosát, akkor a determináns értéke nem változik Bizonyítás Tfh a második sor λ-szorosát adtuk az első sorhoz Ekkor a IV tulajdonság szerint: a 11 + λa 21 a 12 + λa 22 a 1n + λa 2n a 21 a 22 a 2n a n1 a n2 a nn a 11 a 12 a 1n λa 21 λa 22 λa 2n a 21 a 22 a 2n a 21 a 22 a 2n +, a n1 a n2 a nn a n1 a n2 a nn az utóbbi pedig 0 a VI tulajdonság szerint A determináns tulajdonságai VIII Tétel VIII Ha két sort felcserélünk, akkor a determináns értéke az ellentettjére változik Bizonyítás A 4 Tételt alkalmazzuk többször Először a j-ik sort kivonjuk az i-ikből, majd az új i-ik sort hozzáadjuk a j-ikhez, végül az új j-ik sort kivonjuk az új i-ikből: ( ) ( ) ( ) ( ) aik aik a jk aik a jk ajk a jk a jk a ik a ik Eközben a determináns értéke nem változott Végül az i-ik sorból 1-et kiemelve a kapott determináns az eredeti 1-szerese, ugyanakkor az eredetiből pont az i-ik és j-ik sorok felcserélésével keletkezett A determináns tulajdonságai I Tétel I Ha az elemeket a főátlóra tükrözzük, akkor a determináns értéke nem változik Újabb bizonyíték arra, hogy a tételekben a sor és oszlop szavak felcserélhetőek Bizonyítás Legyenek az eredeti determináns elemei a ij, a tükrözötté b ij, a ij b ji Egy szorzat az eredetiben: a ρ(1)σ(1) a ρ(2)σ(2) a ρ(n)σ(n)

5 Ugyanez szerepel a tükrözöttben is: b σ(1)ρ(1) b σ(2)ρ(2) b σ(n)ρ(n) Előjelük: ( 1) I(ρ)+I(σ) illetve ( 1) I(σ)+I(ρ), ami egyenlő Determinánsszámítás Gauss-eliminációval Hogyan változik a determináns értéke elemi ekvivalens átalakításkor? Sorcsere esetén: 1-szeresére változik Leosztok egy sort egy számmal: a számot ki kelle emelni a determináns elé Kivonom egy sor számszorosát egy másikból: nem változik Ha az eljárás közben csupa 0 sort találunk: a determináns értéke 0 Ha ez utóbbi nem következik be, akkor elérhető, hogy a főátló alatt vagy fölött minden elem 0 legyen, ekkor a determináns a főátlóbeli elemek szorzata Példa 4 5 6 7 8 1 2 4 8 1 3 9 27 Determinánsok kifejtése 0 1 2 3 0 0 4 20 0 4 8 12 4 0 1 2 3 0 1 6 23 0 1 6 23 4 0 1 2 3 4 1 1 1 4 16 0 0 0 4 Létezik egy olyan kiszámítási mód is, amellyel az n n-es determináns n darab (n 1) (n 1)-es kiszámítására vezethető vissza: kifejtés Ebben a témakörben feltesszük, hogy n > 1 Definíció Egy n-ed rendű determinánsból hagyjuk el az i-ik sort és a j-ik oszlopot Az a ij elemhez tartozó A ij előjeles aldeterminánson ennek a determinánsnak a ( 1) i+j -szeresét értjük Példa 1 2 3 1 2 4 5 6 esetén 1 2 7 8 9 7 8 7 8 A 23 ( 1) 2+3 1 2 7 8 1 (1 8 2 7) 6

Sakktáblaszabály az előjelezésre 6 + + + + + + + + Kifejtési tétel és ferde kifejtés Tétel Ha egy sor (oszlop) minden elemét megszorozzuk a hozzátartozó előjeles aldeterminánssal, akkor az így kapott szorzatok összege a determináns értéke: n det A a i1 A i1 + a i2 A i2 + + a in A in a ij A ij j1 Bizonyítás Nem kell Tétel (Ferde kifejtés) Ha egy sor elemeit rendre egy másik sorhoz tartozó előjeles aldeterminánsokkal szorozzuk meg, az így kapott szorzatok összege mindig 0: k r 0 a r1 A k1 + a r2 A k2 + + a rn A kn n a rj A kj j1 Bizonyítás Nem kell Vandermonde-determináns Definíció Legyenek γ 1, γ 2,, γ n tetszőleges számok Az általuk generált Vandermonde-determináns 1 γ 1 γ1 2 γ n 1 1 1 γ 2 γ2 2 γ n 1 2 V (γ 1, γ 2,, γ n ) 1 γ 3 γ3 2 γ3 n 1 1 γ n γn 2 γn n 1 Tétel V (γ 1, γ 2,, γ n ) 1 j i n (γ i γ j ) Azaz a Vandermonde-determináns akkor és csak akkor nem nulla, ha generátorelemei páronként különbözőek Bizonyítás Teljes indukcióval n 2 esetén: 1 γ 1 1 γ 2 γ 2 γ 1 Tegyük fel, hogy az állítás igaz minden (n 1)-edrendű Vandermonde-determinánsra, és igazoljuk, hogy ekkor igaz minden n-edrendűre is Vonjuk ki minden oszlopból jobbról balfelé haladva az előző oszlop γ 1 -szeresét: 1 γ 1 γ1 2 γ n 1 1 1 0 0 0 0 1 γ 2 γ2 2 γ2 n 1 1 γ 2 γ 1 γ 1 γ 3 γ3 2 γ3 n 1 2 2 γ 1 γ 2 γ2 n 1 γ 1 γ2 1 γ 3 γ 1 γ3 2 γ 1 γ 3 γ3 n 1 γ 1 γ3 1 γ n γn 2 γn n 1 1 γ n γ 1 γn 2 γ 1 γ n γn n 1 γ 1 γn

7 Most vonjuk le minden sorból az első sort:, ezzel kinullázzuk az első oszlopot, a többi oszlop nem változik 1 0 0 0 0 0 γ 2 γ 1 γ2 2 γ 1 γ 2 γ2 n 1 γ 1 γ2 0 γ 3 γ 1 γ3 2 γ 1 γ 3 γ3 n 1 γ 1 γ3 0 γ n γ 1 γ 2 n γ 1 γ n γ n 1 n γ 1 γ n Emeljük ki a a második, harmadik stb sorból rendre γ 2 γ 1 -et, γ 3 γ 1 -et, stb: 1 0 0 0 0 0 1 γ 2 γ 2 (γ 2 γ 1 )(γ 3 γ 1 ) (γ n γ 1 ) 0 1 γ 3 γ3 0 1 γ n γn (γ 2 γ 1 )(γ 3 γ 1 ) (γ n γ 1 )V (γ 2,, γ n ) Ezzel a feladatot eggyel kisebb rendű Vandermonde-determinánsra vezettük vissza Az indukciós feltevés miatt (γ 2 γ 1 )(γ 3 γ 1 ) (γ n γ 1 )V (γ 2,, γ n ) (γ 2 γ 1 )(γ 3 γ 1 ) (γ n γ 1 ) (γ i γ j ) (γ i γ j ) 2 j i n 1 j i n Ellenőrző kérdések 1 Mi a paritása a 352461, a 654321 és az 123456 permutációknak? 2 Rajzoljon fel egy 4 4-es determinánst, és rajzolja bele, hogy mely elemeket jelöli ki a 4231 permutáció! Milyen előjelet kap ez a szorzat a determináns kiszámításakor? 3 Írja fel a determináns definícióját! 4 Mely esetekben lesz 0 egy determináns értéke? (3 eset) 5 Mikor nem változik a determináns értéke? (2 eset) 6 Mikor változik a determináns értéke konstansszorosára? (2 eset) 7 Írjon fel egy 3 3-as determinánst és számítsa ki az értékét (a) definíció szerint; (b) kifejtési tétel szerint; (c) Sarrus-szabállyal!