Bài giảng 20: Quy trình Gram-Schmidt (ví dụ)

Lesson Attachments

Lấy ví dụ về quy trình Gram-Schmidt, hãy xem xét một không gian con của các ma trận cột 3×1 với cơ sở

\begin{Bmatrix}v_{1},v_{2}\\\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}0\\1\\1\end{pmatrix}\\\end{Bmatrix},

và xây dựng một cơ sở trực chuẩn cho không gian con này. Đặt u_{1}=v_{1}. Sau đó u_{2}​ được tính từ

u_{2}=v_{2}-\frac{(u_{1}^{T}v_{2})u_{1}}{u_{1}^{T}u_{1}}=\begin{pmatrix}0\\1\\1\end{pmatrix}-\frac{2}{3}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix}=\frac{1}{3}\begin{pmatrix}-2\\1\\1\end{pmatrix}.

Chuẩn hóa hai vector, ta thu được cơ sở trực chuẩn

\begin{Bmatrix}\hat{u_{1}},\hat{u_{2}}\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\frac{1}{\sqrt{3}}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix},\frac{1}{\sqrt{6}}\begin{pmatrix}-2\\1\\1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Lưu ý rằng hai vector ban đầu v1 và v2 xác định không gian con của các ma trận cột 3×1 mà trong đó hàng thứ hai và hàng thứ ba bằng nhau. Rõ ràng, các vector cơ sở trực chuẩn được xây dựng từ quy trình Gram-Schmidt cũng xác định cùng không gian con này.

LUYỆN TẬP

Câu 1: Xét không gian con của các vector cột 3×1 mà hàng thứ ba bằng giá trị âm của hàng thứ hai, với cơ sở được cho như sau:

 W=\begin{Bmatrix}\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}1\\1\\-1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Sử dụng quy trình Gram-Schmidt để xây dựng một cơ sở trực chuẩn cho không gian con này.

Câu 2: Xét không gian con của tất cả các vector cột 4×1 với cơ sở như sau:

 W=\begin{Bmatrix}\begin{pmatrix}1\\1\\1\\1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}0\\1\\1\\1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}0\\0\\1\\1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Sử dụng quy trình Gram-Schmidt để xây dựng một cơ sở trực chuẩn cho không gian con này.

LỜI GIẢI VÀ ĐÁP ÁN

Câu 1: Xét

\begin{Bmatrix}v_{1},v_{2}\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}1\\1\\-1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Đặt u1=v1​. Khi đó u2​ được tìm từ

u_{2}=v_{2}-\frac{(u_{1}^{T}v_{2})u_{1}}{u_{1}^{T}u_{1}}=\begin{pmatrix}1\\1\\-1\end{pmatrix}-\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}.

Sau khi chuẩn hóa, ta được cơ sở trực chuẩn

\begin{Bmatrix}\hat{u_{1}},\hat{u_{2}}\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Câu 2: Xét

\begin{Bmatrix}v_{1},v_{2},v_{3},\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\begin{pmatrix}1\\1\\1\\1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}0\\1\\1\\1\end{pmatrix},\begin{pmatrix}0\\0\\1\\1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Đặt u1=v1​. Khi đó u2​ được tìm từ

u_{2}=v_{2}-\frac{(u_{1}^{T}v_{2})u_{1}}{u_{1}^{T}u_{1}}=\begin{pmatrix}0\\1\\1\\1\end{pmatrix}-\frac{3}{4}\begin{pmatrix}1\\1\\1\\1\end{pmatrix}=\frac{1}{4}\begin{pmatrix}-3\\1\\1\\1\end{pmatrix};

Tiếp tục, u3​ được tính từ

u_{3}=v_{3}-\frac{(u_{1}^{T}v_{3})u_{1}}{u_{1}^{T}u_{1}}-\frac{(u_{2}^{T}v_{3})u_{2}}{u_{2}^{T}u_{2}}=\begin{pmatrix}0\\0\\1\\1\end{pmatrix}-\frac{1}{2}\begin{pmatrix}1\\1\\1\\1\end{pmatrix}-\frac{1}{6}\begin{pmatrix}-3\\1\\1\\1\end{pmatrix}=\frac{1}{3}\begin{pmatrix}0\\-2\\1\\1\end{pmatrix}.

Sau khi chuẩn hóa, ta được cơ sở trực chuẩn

\begin{Bmatrix}\hat{u_{1}},\hat{u_{2}},\hat{u_{3}}\end{Bmatrix}=\begin{Bmatrix}\frac{1}{2}\begin{pmatrix}1\\1\\1\\1\end{pmatrix},\frac{1}{2\sqrt{3}}\begin{pmatrix}-3\\1\\1\\1\end{pmatrix},\frac{1}{\sqrt{6}}\begin{pmatrix}0\\-2\\1\\1\end{pmatrix}\end{Bmatrix}.

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hotline: 039.2266.928
Khóa học Toefl
Phone now