II. Két speciális Fibonacci sorozat, szinguláris elemek, természetes indexelés

Hasonló dokumentumok
A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Szinguláris érték felbontás Singular Value Decomposition

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

1. Bázistranszformáció

Matematika (mesterképzés)

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

4. SOROK. a n. a k (n N) a n = s, azaz. a n := lim

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Analízis I. Vizsgatételsor

3. előadás Stabilitás

karakterisztikus egyenlet Ortogonális mátrixok. Kvadratikus alakok főtengelytranszformációja

Az impulzusnyomatékok általános elmélete

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

9. Előadás. (9. előadás) Lineáris egyr.(3.), Sajátérték április / 35

7. gyakorlat megoldásai

Numerikus módszerek 1.

Mátrixok 2017 Mátrixok

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

0,424 0,576. f) P (X 2 = 3) g) P (X 3 = 1) h) P (X 4 = 1 vagy 2 X 2 = 2) i) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2 X 0 = 2) j) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2)

6. gyakorlat. Gelle Kitti. Csendes Tibor Somogyi Viktor. London András. jegyzetei alapján

Sorozatok határértéke SOROZAT FOGALMA, MEGADÁSA, ÁBRÁZOLÁSA; KORLÁTOS ÉS MONOTON SOROZATOK

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

Kalkulus. Komplex számok

1. Homogén lineáris egyenletrendszer megoldástere

Az egydimenziós harmonikus oszcillátor

11. Sorozatok. I. Nulladik ZH-ban láttuk:

352 Nevezetes egyenlôtlenségek. , az átfogó hossza 81 cm

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

1. Diagonalizálás. A Hom(V) diagonalizálható, ha van olyan bázis, amelyben A mátrixa diagonális. A diagonalizálható van sajátvektorokból álló bázis.

Gauss-Seidel iteráció

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

1. zárthelyi,

1. Az euklideszi terek geometriája

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

Bevezetés az algebrába 2 Vektor- és mátrixnorma

Typotex Kiadó. Bevezetés

Oktatási Hivatal. 1 pont. A feltételek alapján felírhatók az. összevonás után az. 1 pont

Matematika elméleti összefoglaló

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

M. 33. Határozza meg az összes olyan kétjegyű szám összegét, amelyek 4-gyel osztva maradékul 3-at adnak!

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, Leontyev-modell

1. Interpoláció. Egyértelműség Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Trigonometria

Analízis I. beugró vizsgakérdések

Sorozatok, sorozatok konvergenciája

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

1 Lebegőpontos számábrázolás

Gráfelmélet/Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 13. Előadás

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

és n oszlopból áll, akkor m n-es mátrixról beszélünk. (Az oszlopok száma a mátrix vízszintes mérete, a sorok 2 3-as, a ij..

17. előadás: Vektorok a térben

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

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Sorozatok I. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Tartalomjegyzék. Tartalomjegyzék Valós változós valós értékű függvények... 2

1. Mátrixösszeadás és skalárral szorzás

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Exponenciális és logaritmikus kifejezések Megoldások

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Diszkrét matematika I.

4. A kézfogások száma pont Összesen: 2 pont

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Matematika A1a Analízis

1. Mondjon legalább három példát predikátumra. 4. Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében?

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

1. Komplex számok. x 2 = 1 és x 2 + x + 1 = 0. egyenletek megoldását számnak tekinthessük:

1. Mellékosztály, Lagrange tétele

Magasabbfokú egyenletek

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

Hadamard-mátrixok Előadó: Hajnal Péter február 23.

Első zárthelyi dolgozat megoldásai biomatematikából * A verzió

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

10. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 10. előadás Sajátérték, Kvadaratikus alak

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2014/2015-ös tanév első (iskolai) forduló Haladók II. kategória

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás


1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

1. feladatsor Komplex számok

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Átírás:

II. Két speciális Fibonacci sorozat, szinguláris elemek, természetes indexelés Nagyon könnyen megfigyelhetjük, hogy akármilyen két számmal elindítunk egy Fibonacci sorozatot, a sorozat egymást követő tagjainak hányadosai egy adott számhoz közelítenek ha növeljük az indexet, ill. egy másik számhoz, ha csökkentjük az indexet. Figyelemreméltó, hogy komplex esetben is a hányadosok határértékei ugyanazok a valós számok. (Próbálkozhatunk a Példák_II Határérték munkalapján.) A határértékek létezése szintén könnyen bizonyítható, valós esetre a Neten is számtalan bizonyítással, levezetéssel találkozhatunk. A komplex eset kicsit bonyolultabb, de nem túl komplikált. A határértékek előjelváltósan egymás reciprokjai 1. Mi A-val, ill. -1/A-val jelöljük ezen határértékeket. Számos jelölés van használatban A-ra; Φ, Phi, τ, és hasonlóképpen 1/A-ra is, φ, phi,. A jelölések sokféleségét megérthetjük, hiszen ha értékre nem is, de névre biztosan mindenki számára ismerős dologról van szó; az aranymetszésnek nevezett arányról, illetve annak negatív reciprokáról. Nálunk tehát: A = ( 5 + 1) / = 1,618033988749894848045868343656 ill. -1 / A = (1-5) / = -0,618033988749894848045868343656 Mivel az egymást követő tagok hányadosai határértékkel bírnak, a sorozatok közel állnak abszolút értékben vett nagy indexek esetén egyfajta mértani sorozatokhoz, vagyis hát mértani sorozathoz nagyon hasonlít mindkét vége. Van Fibonacci sor, ami egyúttal mértani sorozat is? Van bizony! Azonnal mondhatunk egy sorozatot, a, 0, 0, 0, 0, triviális 0 sorozatot, de van nem triviális is; q-val jelölve a mértani sor hányadosát, csak annak kell teljesülni, hogy: a*q n+1 =a*q n +a*q n-1. ha a=/=0, q=/= 0 (ezt az esetet az előbb tudtuk le), akkor egyszerűsíthetünk a*q n-1 -el: q = q + 1 A kapott másodfokú egyenletnek gyökei pedig pont A és -1 / A. Nagyon érdekesek ezek a Fibonacci sorozatok! Definíciójukból könnyű számítással belátható, hogy a normájuk 0, holott ők nem a, 0, 0, 0, 0, sorozat. El is nevezzük őket rögvest; f m-1 = - f m *A sorozat esetén látjuk ez mértani sorozat is, és hányadosa q = -1/A; a továbbiakban - feltételezve, hogy az 1-es érték szerepel a sorozatban - jelöljük ρ m - mel, ikertestvérét, mely szintén mértani sor - feltételezve, hogy az 1-es érték szerepel benne - és hányadosa q = A, jelöljük σ m mel. Ha az 1-es érték nem szerepel a sorozatokban, akkor ρ m és σ m konstans szorosairól beszélünk.. Mátrix interpretációikat mátrixos megadásaikat - pedig jelöljük rendre P k -val és Σ k val. Az elnevezésekkel konvenciót nem sértünk, nem említik sűrűn külön sorozatként őket, ha szó esik róluk inkább csak a tagjaikról, azok hatványairól akkor egyszerűen leírják: (( 5 + 1) / ) n. 1 Bizonyítások: http://szolcs.hu/fibonacci/bizonyitas/hanyadosok.pdf 1

A szorzási műveletünkkel vizsgálva a viselkedésüket megállapíthatjuk, hogy minden más sorozatot önmaguk képére formálnak olyanok, mint a 0 vagy a a valós számok körében. Egyes egyedül egymással és önmagukkal nem bírnak el, furcsa eredményeket kapunk a szorzásunkat elvégezve. Mivel a normájuk 0, érthető ez a magatartás. Legyen f n Fibonacci sorozat. Vizsgáljuk a szorzatát a ρ m sorozattal: -A 1 1-1/A f n-1 f n - f n-1 * A + f n f n-1 - f n /A f n f n+1 -f n *A + f n+1 f n - f n+1 / A Az egymást követő tagok hányadosa: (f n-1 - f n /A)/( - f n-1 * A + f n ) = (A* f n-1 - f n )/( - f n-1 * A + f n *A)= 1/A*(-1)= - 1/A, tehát önmaga képére formálja f n sorozatot, mértani sort készít belőle. Egymással szorozva meg egyenesen a triviális, 0, 0, 0, sorozatot készítik el: -A 1 1-1/A 1 A -A + A=0 -A + A = 0 A A -A + A = 0 A - A /A = 0 Nem nulla sorozatoknak a szorzata a csupa nulla sorozat! Összeadásnál nyilván semmi különösebb nem történik (ha mint tagokat szerepeltetjük), de a szorzásunkra nézve úgy érzem joggal nevezhetjük őket szinguláris elemeknek. (Érdemes, tanulságos megvizsgálni az önmagukkal való szorzatukat is.) A következőkben rátérünk egy adott valós f n Fibonacci sorozat F n mátrix interpretációinak sajátérték/sajátvektor problémáinak tárgyalására. Sajátérték/sajátvektor problémán azt szokták érteni, hogy ha van egy F n mátrix, és ezt, mint leképezést használjuk (jelen esetben F n x-es mátrix, tehát most mondhatni a sík, mint kétdimenziós dolog leképezése önmagára), akkor meg kell keresni az F n u m = λ m u m egyenlet megoldásait. Tehát az F n (n rögzített érték) mátrixinterpretáció által meghatározott egyenlet megoldásait. Kikötés, hogy az u m vektor nem lehet a triviális nullvektor. Mivel F n x-es mátrix, két megoldása van az egyenletnek minden F n -re. ( m=1, értékeket vehet fel). Az előző egyenletet kielégítő u m -et sajátvektornak hívják, a λ m konstanst pedig az u m hez tartozó sajátértéknek. (m=1, ) Megfejtés: http://szolcs.hu/fibonacci/bizonyitas/onmagukkal_szorzat.pdf

Precízebben: http://hu.wikipedia.org/wiki/saj%c3%a1tvektor_%c3%a9s_saj%c3%a1t%c3%a9rt%c3%a9k A probléma megoldása nem túl bonyolult, egyszerű levezetéssel: 3 u 1 u f n-1 f n f n-1 *u 1 + f n * u = λ n *u 1 f n f n+1 f n *u 1 + f n+1 * u λ n *u f n-1 *u 1 + f n * u = λ n *u 1 és f n *u 1 + f n+1 * u = λ n *u egyenleteket kapjuk; u =/=0 (ha u =0, akkor f n =0, és F n az identitás konstans szorosa) esetén, t= u 1 / u jelöléssel: f n-1 *t+ f n = λ n * t f n *t+ f n+1 = λ n amit tovább alakítva: f n-1 *t+ f n = (f n *t+ f n+1 )*t f n-1 *t+ f n = f n *t + f n+1 *t f n *t + (f n+1 f n-1 )*t f n = 0 f n *t + f n *t f n = 0 és ekkor f n =/= 0 esetén (ha f n = 0, akkor F n az identitás konstans szorosa ): t + t - 1 = 0 egyenlőségnek kell teljesülni. Ezen egyenlet megoldásai pedig: t (1) = (-1-5)/ ill. t () = (-1+ 5)/. Így a sajátvektorok (nem normalizált alakban) a következőképpen írhatók: (-1-5)/ (-1+ 5)/ 1 1 3 A klasszikus Fibonacci sorozat mátrix interpretációinak sajátérték-sajátvektor problémájával több cikk foglalkozik, például: https://www.bc.edu/~reederma/llinalg6.pdf, http://www.maths.dur.ac.uk/~dma0rcj/ped/fib.pdf, 3

A sajátvektorok egyáltalán nem függenek sem az m indextől, sem az f n Fibonacci sorozat tagjaitól!!! Vagyis hát a sajátvektorok: -A 1 / A 1 1 A sajátértékekre pedig az f n *t+ f n+1 = λ n összefüggésből következtethetünk; t= u 1 / u volt, tehát t= -A vagy t=1/a. Ekkor viszont f n *t+ f n+1 = λ n miatt: λ n,1 = f n+1 A* f n λ n, = f n+1 + f n /A Ami nagyon fontos, és a lényeg: a sajátvektorok függetlenek az indextől, sőt, a sorozat választásától is (kizárva a válaszhatók közül a csupa 0 sorozatot, valamint ρ m és σ m konstans szorosait a szinguláris sorozatokat). Vegyük észre, hogyha f n komplex Fibonacci sorozat, levezetésünk akkor is helytálló. Egyszerű számítással levezethető továbbá, hogy valós esetben a megfelelő sajátértékek sorozatai mértani sorozatokat alkotnak. 4 (Komplex esetben a sajátértékek komplex normáira igaz ez az állítás.) Még egy nem túl komplikált meghatározásra kerül sor ebben a fejezetben fontos fogalom; a természetes indexelés fogalma. Legyen f m nem a ρ n és nem a σ n sorozat, és nem is ezek konstans szorosa. Az f m Fibonacci sorozat 0 indexű tagja a sorozatnak azon tagja, melyhez tartozó mátrix interpretáció sajátértékei négyzetösszege minimális. Egyenlőség legfeljebb két, egymást követő tag esetén léphet fel, ekkor a kisebb indexű tagot jelöljük 0 indexszel. Az f n taghoz tartozó mátrix interpretáció a f n-1 f n f n f n+1 mátrix. (A diagonálison kívüli elem az adott indexű tag.) Az f n Fibonacci sorozat ilyen indexelését természetes indexelésnek nevezzük. A sajátértékek négyzetösszegét kiszámíthatjuk egyszerűen valós esetben minden m-re: (λ m,1 ) + (λ m, ) = (f m+1 A* f m ) + (f m+1 + f m /A) =; f m+1 + A * f m *A* f m+1 * f m + f m+1 + f m /A +* f m+1 * f m /A =; 4 Bizonyítás: http://szolcs.hu/fibonacci/bizonyitas/sajatertekek_mertani_sorozat.pdf 4

* f m+1 +3* f m - * f m+1 * f m =; ( hiszen A +1/A =3, továbbá A-1/A=1 ) *f m+1 *(f m+1 f m ) +3* f m =; *f m+1 *f m-1 + 3* f m. Könnyen belátható, hogy a definíció, a meghatározás helyes, a négyzetösszegek sorozata felveszi a minimumát, és egyenlőség legfeljebb két, egymást követő tag esetén léphet fel. (Láttuk, hogy a sajátértékek mértani sorozatot alkotnak a négyzeteik is. Az egyik sorozat szigorúan monoton csökkenő és hányadosa 1/A, a másik sorozat hányadosa pedig A, szigorúan monoton növekedő. Innen már tényleg nem nehéz belátni az állítást.) Konkrét valós és komplex Fibonacci sorozatok természetes indexelését meghatározhatjuk szintén a Példák II. ( http://szolcs.hu/fibonacci/sajatertekek.xls ) segítségével. 5