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24
.vscode/ltex.dictionary.de-DE.txt
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24
.vscode/ltex.dictionary.de-DE.txt
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@ -60,3 +60,27 @@ Determinanten-Multiplikationssatz
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Komplexifizierung
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Komplexifizierung
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komplexifizierten
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komplexifizierten
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komplexifizierte
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komplexifizierte
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Quadriken
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Quadrik
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Grund-Quadriken
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Vereinfachungsschritten
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Koniken
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Perge
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Hyperbelbahnen
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Konik
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Auxerre
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Loviscach
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psycho-akustisches
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SciKit
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Funktionalgleichung
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Schönhage-Strassen-Algorithmus
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Schönhage
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Strassen
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Thurstone
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Allport
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Odbert
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kulturstabile
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Stryker
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Gallup-Test
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OCEAN-Modell
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PCA
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1
.vscode/ltex.disabledRules.de-DE.txt
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1
.vscode/ltex.disabledRules.de-DE.txt
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@ -1 +1,2 @@
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KARDINALZAHLEN
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KARDINALZAHLEN
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DE_COMPOUND_COHERENCY
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2
.vscode/ltex.hiddenFalsePositives.de-DE.txt
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2
.vscode/ltex.hiddenFalsePositives.de-DE.txt
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@ -54,3 +54,5 @@
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qder von \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q stabilisiert wird“.\\E$"}
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qder von \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q stabilisiert wird“.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QRechnen Sie nach, dass für alle \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q die Gleichung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\QProd.\\E$"}
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{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QRechnen Sie nach, dass für alle \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q die Gleichung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\QProd.\\E$"}
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qin \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\QStandardskalarprodukt Folgern Sie mithilfe von Beispiel \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q messerscharf, dass die Abbildung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q genau dann selbstadjungiert ist, wenn \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine symmetrische oder Hermitesche Matrix ist.\\E$"}
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qin \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\QStandardskalarprodukt Folgern Sie mithilfe von Beispiel \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q messerscharf, dass die Abbildung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q genau dann selbstadjungiert ist, wenn \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q eine symmetrische oder Hermitesche Matrix ist.\\E$"}
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{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWie kommt man auf die Zahl „fünf“?.\\E$"}
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{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\Q… und weiter?.\\E$"}
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@ -4,14 +4,14 @@
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\chapter{Anwendungen}
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\chapter{Anwendungen}
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\sideremark{Vorlesung 17}Haben Sie schon einmal nachts wach im Bett gelegen,
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\sideremark{Vorlesung 17}Haben Sie schon einmal nachts wach im Bett gelegen,
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weil Sie unbedingt eine symmetrische Matrix mit Hilfe eines orthogonalen
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weil Sie unbedingt eine symmetrische Matrix mithilfe eines orthogonalen
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Basiswechsels diagonalisieren wollten? Drängt es Sie, die Koeffizienten von
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Basiswechsels diagonalisieren wollten? Drängt es Sie, die Koeffizienten von
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Linearkombinationen mit Hilfe von Skalarprodukten auszurechnen?
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Linearkombinationen mithilfe von Skalarprodukten auszurechnen?
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Die Begriffe und Methoden des laufenden Kapitels über ``Euklidische und
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Die Begriffe und Methoden des laufenden Kapitels über „Euklidische und
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Hermitesche Vektorräume'' haben enorm viele Anwendungen. Tatsächlich handelt es
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Hermitesche Vektorräume“ haben enorm viele Anwendungen. Tatsächlich handelt es
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sich bei vielen der heißen Themen zu ``Machine Learning'', ``Collective
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sich bei vielen der heißen Themen zu „Machine Learning“, „Collective
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Intelligence'' oder ``Artificial Intelligence'' um relativ einfache Methoden der
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Intelligence“ oder „Artificial Intelligence“ um relativ einfache Methoden der
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linearen Algebra, die bei unserem Stand der Debatte sehr gut verstehen können --
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linearen Algebra, die bei unserem Stand der Debatte sehr gut verstehen können --
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schauen Sie sich bei \href{https://www.kaggle.com}{kaggle} um, wo es eine
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schauen Sie sich bei \href{https://www.kaggle.com}{kaggle} um, wo es eine
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unendliche Menge von hervorragenden Tutorials, Erklärvideos, Projektvorschlägen
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unendliche Menge von hervorragenden Tutorials, Erklärvideos, Projektvorschlägen
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@ -26,9 +26,9 @@ machen, können aber nicht sinnvoll geprüft werden.
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\section{Reelle Quadriken}
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\section{Reelle Quadriken}
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Die erste ``Anwendung'' ist immer noch ziemlich theoretisch und stammt
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Die erste „Anwendung“ ist immer noch ziemlich theoretisch und stammt mindestens
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mindestens aus der hellenistischen Antike, also etwa der Zeit Alexander des
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aus der hellenistischen Antike, also etwa der Zeit Alexander des Großen.
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Großen. Vielleicht war die Sache aber auch schon zu babylonischer Zeit bekannt,
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Vielleicht war die Sache aber auch schon zu babylonischer Zeit bekannt,
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\href{https://www.ams.org/notices/200809/tx080901076p.pdf}{wo Mathematik eine
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\href{https://www.ams.org/notices/200809/tx080901076p.pdf}{wo Mathematik eine
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große Rolle spielte}. Es geht um folgende Situation.
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große Rolle spielte}. Es geht um folgende Situation.
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@ -50,14 +50,14 @@ Großen. Vielleicht war die Sache aber auch schon zu babylonischer Zeit bekannt
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Wir stellen in diesem Kapitel die Frage, was wir über die Geometrie von reellen
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Wir stellen in diesem Kapitel die Frage, was wir über die Geometrie von reellen
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Quadriken sagen können. Es ist klar, dass das Bild einer Quadrik unter einer
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Quadriken sagen können. Es ist klar, dass das Bild einer Quadrik unter einer
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lineare Abbildung oder Translation wieder eine Quadrik ist. Deshalb fragen wir
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linearen Abbildung oder Translation wieder eine Quadrik ist. Deshalb fragen wir
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genauer: Wie sieht $Q$ aus nach geeigneter Wahl von Koordinaten und nach
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genauer: Wie sieht $Q$ aus nach geeigneter Wahl von Koordinaten und nach
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Translationen? Wir formulieren die Frage präziser und führen die folgende
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Translationen? Wir formulieren die Frage präziser und führen die folgende
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Notation ein.
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Notation ein.
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\begin{defn}[Affine Abbildung]\label{def:12-1-3}
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\begin{defn}[Affine Abbildung]\label{def:12-1-3}%
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Es sei $k$ ein Körper und $V, W$ zwei $k$-Vektorräume. Eine Abbildung
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Es sei $k$ ein Körper und $V, W$ zwei $k$-Vektorräume. Eine Abbildung $Φ : V
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$Φ : V → W$ heißt \emph{affin}\index{affine Abbildung}, falls es eine lineare
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→ W$ heißt \emph{affin}\index{affine Abbildung}, falls es eine lineare
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Abbildung $φ : V → W$ und einen Vektor $\vec{w} ∈ W$ gibt, sodass für alle
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Abbildung $φ : V → W$ und einen Vektor $\vec{w} ∈ W$ gibt, sodass für alle
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$\vec{v} ∈ V$ die Gleichung $Φ(\vec{v}) = φ(\vec{v}) + \vec{w}$ gilt.
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$\vec{v} ∈ V$ die Gleichung $Φ(\vec{v}) = φ(\vec{v}) + \vec{w}$ gilt.
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\end{defn}
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\end{defn}
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@ -73,23 +73,23 @@ Damit können wir unsere Frage präzise formulieren.
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\begin{frage}
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\begin{frage}
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Gegeben sei Situation~\ref{sit:12-1-1}. Gibt es dann eine bijektive, affine
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Gegeben sei Situation~\ref{sit:12-1-1}. Gibt es dann eine bijektive, affine
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Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, so dass das Bild von $Q$ unter der
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Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, sodass das Bild von $Q$ unter der Abbildung $Φ$
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Abbildung $Φ$ eine Quadrik von besonders einfacher Gestalt ist? Gibt es
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eine Quadrik von besonders einfacher Gestalt ist? Gibt es eine (kleine)
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eine (kleine) Mengen von ``Grund-Quadriken'' aus denen alle anderen durch
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Mengen von „Grund-Quadriken“ aus denen alle anderen durch affine
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affine Transformation (wie zum Beispiel: Translation, Drehung, Streckung,
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Transformation (wie zum Beispiel: Translation, Drehung, Streckung,
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Verschiebung, …) entstehen?
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Verschiebung, …) entstehen?
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\end{frage}
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\end{frage}
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Die Antwort ist natürlich ``ja'', aber Sie haben ja zum Glück noch nicht weiter
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Die Antwort ist natürlich „ja“, aber Sie haben ja zum Glück noch nicht weiter
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nach vorn geblättert. Sie kennen ähnliche Fragen aus der Schule. Bei der
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nach vorn geblättert. Sie kennen ähnliche Fragen aus der Schule. Bei der
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Diskussion der Kongruenz von Dreiecken betrachtet man Dreiecke statt Quadriken
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Diskussion der Kongruenz von Dreiecken betrachtet man Dreiecke statt Quadriken
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und abstandserhaltende Abbildungen statt affiner Abbildungen.
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und abstandserhaltende Abbildungen statt affiner Abbildungen.
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\subsection{Vereinfachung von Quadratischen Gleichungen}
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\subsection{Vereinfachung von quadratischen Gleichungen}
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Wir bleibe in Situation~\ref{sit:12-1-1} und werden jetzt eine Reihe von
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Wir bleiben in Situation~\ref{sit:12-1-1} und werden jetzt eine Reihe von
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bijektiven, affinen Abbildungen finden, sodass die Gleichung (der Bilder von)
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bijektiven, affinen Abbildungen finden, sodass die Gleichung (der Bilder von)
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$Q$ immer einfacher wird. Wie immer gibt es viel Material im Internet; ein
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$Q$ immer einfacher wird. Wie immer gibt es viel Material im Internet; ein
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Student wies mich auf
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Student wies mich auf
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@ -127,13 +127,13 @@ Witz ist aber, dass wir die symmetrische Matrix $A$ diagonalisieren können!
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Wir wissen: es existiert eine orthogonale $n⨯n$-Matrix $W$, sodass die
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Wir wissen: es existiert eine orthogonale $n⨯n$-Matrix $W$, sodass die
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Produktmatrix $W^t·A·W$ diagonal ist. Es sei $Q^{(1)}$ das Bild von $Q$ unter
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Produktmatrix $W^t·A·W$ diagonal ist. Es sei $Q^{(1)}$ das Bild von $Q$ unter
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der bijektiven linearen Abbildung $\vec{x} ↦ W^{-1}·\vec{x}$. Dann gilt
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der bijektiven linearen Abbildung $\vec{x} ↦ W^{-1}·\vec{x}$. Dann gilt für
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für alle $\vec{x} ∈ ℝ^n$:
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alle $\vec{x} ∈ ℝ^n$:
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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\vec{x} ∈ Q^{(1)} & ⇔ W·\vec{x} ∈ Q \\
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\vec{x} ∈ Q^{(1)} & ⇔ W·\vec{x} ∈ Q \\
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& ⇔ f(W·\vec{x}) = 0 \\
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& ⇔ f(W·\vec{x}) = 0 \\
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& ⇔ (W·\vec{x})^t·A·(W·\vec{x}) + 2 \vec{b} · (W·\vec{x}) + f_0 = 0 \\
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& ⇔ (W·\vec{x})^t·A·(W·\vec{x}) + 2 \vec{b} · (W·\vec{x}) + f_0 = 0 \\
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& ⇔ \vec{x}^{\:t}·(W^t·A·W)·\vec{x} + 2 (\vec{b}·W)·\vec{x} + f_0 = 0
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& ⇔ \vec{x}^{\:t}·(W^t·A·W)·\vec{x} + 2 (\vec{b}·W)·\vec{x} + f_0 = 0.
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\end{align*}
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\end{align*}
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Wir erkennen zum einen, dass die Bildmenge $Q^{(1)}$ wieder eine Quadrik ist.
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Wir erkennen zum einen, dass die Bildmenge $Q^{(1)}$ wieder eine Quadrik ist.
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Die Gleichung $f^{(1)}$ der Quadrik $Q^{(1)}$ ist besonders einfach, weil es
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Die Gleichung $f^{(1)}$ der Quadrik $Q^{(1)}$ ist besonders einfach, weil es
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@ -169,8 +169,9 @@ gilt für alle $\vec{x} ∈ ℝ^n$:
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\vec{x} ∈ Q^{(2)} & ⇔ φ^{-1}(\vec{x}) ∈ Q^{(1)} \\
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\vec{x} ∈ Q^{(2)} & ⇔ φ^{-1}(\vec{x}) ∈ Q^{(1)} \\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r
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& ⇔ \sum_{i=1}^r
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a^{(1)}_i·\left(x_i-\frac{b^{(1)}_i}{a^{(1)}_i}
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a^{(1)}_i·\left(x_i-\frac{b^{(1)}_i}{a^{(1)}_i}
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\right)² + 2 · \sum_{i=1}^r b^{(1)}_i·\left(x_i-\frac{b^{(1)}_i}{a^{(1)}_i} \right) + 2·\sum_{i=r+1}^n b^{(1)}_i·x_i + c^{(1)} = 0 \\
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\right)² + 2 · \sum_{i=1}^r b^{(1)}_i·\left(x_i-\frac{b^{(1)}_i}{a^{(1)}_i} \right)\\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(1)}_i·x_i² + 2·\sum_{i=r+1}^n b^{(1)}_i·x_i + d^{(1)} = 0
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& \qquad + 2·\sum_{i=r+1}^n b^{(1)}_i·x_i + c^{(1)} = 0 \\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(1)}_i·x_i² + 2·\sum_{i=r+1}^n b^{(1)}_i·x_i + d^{(1)} = 0.
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\end{align*}
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\end{align*}
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Die Bildmenge $Q^{(2)}$ ist also wieder eine Quadrik, gegeben durch ein Polynom
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Die Bildmenge $Q^{(2)}$ ist also wieder eine Quadrik, gegeben durch ein Polynom
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\[
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\[
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@ -193,7 +194,7 @@ Diese Konstruktion ist nur relevant, falls mindestens eines der $b^{(2)}_i$
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ungleich Null ist. Falls alle $b^{(2)}_i$ verschwinden, machen wir in diesem
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ungleich Null ist. Falls alle $b^{(2)}_i$ verschwinden, machen wir in diesem
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Schritt nichts und setzen
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Schritt nichts und setzen
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\[
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\[
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Q^{(3)} := Q^{(2)}, \quad f^{(3)} := f^{(2)}, \quad a^{(3)}_i := a^{(2)}_i, \quad b^{(3)}_i := b^{(2)}_i, \quad c^{(3)} := c^{(2)}
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Q^{(3)} := Q^{(2)}, \quad f^{(3)} := f^{(2)}, \quad a^{(3)}_i := a^{(2)}_i, \quad b^{(3)}_i := b^{(2)}_i, \quad c^{(3)} := c^{(2)}.
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\]
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\]
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Ansonsten können wir nach umnummerieren der Variable annehmen, dass
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Ansonsten können wir nach umnummerieren der Variable annehmen, dass
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$b^{(2)}_{r+1} \ne 0$ ist. Betrachte dann die affine Bijektion
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$b^{(2)}_{r+1} \ne 0$ ist. Betrachte dann die affine Bijektion
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@ -213,15 +214,15 @@ gilt für alle $\vec{x} ∈ ℝ^n$:
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\vec{x} ∈ Q^{(3)} & ⇔ φ^{-1}(\vec{x}) ∈ Q^{(2)} \\
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\vec{x} ∈ Q^{(3)} & ⇔ φ^{-1}(\vec{x}) ∈ Q^{(2)} \\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(2)}_i·x²_i + 2·b^{(2)}_{r+1}·X + 2·\sum_{i=r+2}^n b^{(2)}_i·x_i + c^{(2)} = 0 \\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(2)}_i·x²_i + 2·b^{(2)}_{r+1}·X + 2·\sum_{i=r+2}^n b^{(2)}_i·x_i + c^{(2)} = 0 \\
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& \qquad\qquad\qquad \text{wobei } X = \left(\frac{-c^{(2)}}{2·b^{(2)}_{r+1}} - \frac{1}{b^{(2)}_{r+1}}·x_{r+1} - \sum_{j=r+2}^n \frac{b^{(2)}_j}{b^{(2)}_{r+1}}·x_j \right) \\
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& \qquad\qquad\qquad \text{wobei } X = \left(\frac{-c^{(2)}}{2·b^{(2)}_{r+1}} - \frac{1}{b^{(2)}_{r+1}}·x_{r+1} - \sum_{j=r+2}^n \frac{b^{(2)}_j}{b^{(2)}_{r+1}}·x_j \right) \\
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(2)}_i·x²_i - 2·x_{r+1} = 0
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& ⇔ \sum_{i=1}^r a^{(2)}_i·x²_i - 2·x_{r+1} = 0.
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\end{align*}
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\end{align*}
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In jedem Fall gilt: die Bildmenge $Q^{(3)}$ ist also wieder eine Quadrik,
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In jedem Fall gilt: Die Bildmenge $Q^{(3)}$ ist also wieder eine Quadrik,
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gegeben durch ein Polynom
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gegeben durch ein Polynom
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\[
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\[
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f^{(3)}(\vec{x}) = \sum_{i=1}^r a^{(3)}_i·x_i² + b^{(3)}_{r+1}·x_{r+1} + c^{(3)}
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f^{(3)}(\vec{x}) = \sum_{i=1}^r a^{(3)}_i·x_i² + b^{(3)}_{r+1}·x_{r+1} + c^{(3)},
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\]
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\]
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wobei $b^{(3)}_{r+1} ∈ \{0,-2\}$ und $c^{(3)} ∈ \{0, -1\}$ ist. Weiterhin
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wobei $b^{(3)}_{r+1} ∈ \{0,-2\}$ und $c^{(3)} ∈ \{0, -1\}$ ist. Weiterhin gilt:
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gilt: $b^{(3)}_{r+1} \ne 0 ⇒ c^{(3)} = 0$.
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$b^{(3)}_{r+1} \ne 0 ⇒ c^{(3)} = 0$.
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\subsubsection{Schritt 5: Skalierung}
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\subsubsection{Schritt 5: Skalierung}
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@ -259,10 +260,10 @@ $b^{(4)}_{r+1} \ne 0 ⇒ c^{(4)} = 0$.
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Insgesamt haben wir mit den oben genannten Vereinfachungsschritten jetzt
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Insgesamt haben wir mit den oben genannten Vereinfachungsschritten jetzt
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folgenden Satz bewiesen.
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folgenden Satz bewiesen.
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\begin{satz}[Klassifikation der Quadriken]\label{satz:12-1-6}
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\begin{satz}[Klassifikation der Quadriken]\label{satz:12-1-6}%
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In Situation~\ref{sit:12-1-1} gibt es Zahlen $r$, $k$ gibt es eine bijektive,
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In Situation~\ref{sit:12-1-1} gibt es Zahlen $r$, $k$ gibt es eine bijektive,
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affine Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, so dass das Bild von $Q$
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affine Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, sodass das Bild von $Q$ Nullstellenmenge
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Nullstellenmenge einer der folgenden Gleichungen ist
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einer der folgenden Gleichungen ist
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\begin{enumerate}
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\begin{enumerate}
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\item $x_1² + x_2² + … + x_r² - x_{r+1}² - … - x_k²$
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\item $x_1² + x_2² + … + x_r² - x_{r+1}² - … - x_k²$
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@ -286,12 +287,11 @@ Satzes~\ref{satz:12-1-6} erhalten wir eine Klassifikation der Koniken.
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\begin{kor}[Klassifikation der Koniken des Appollonius von
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\begin{kor}[Klassifikation der Koniken des Appollonius von
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Perge\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Apollonios_von_Perge}{Appollonius
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Perge\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Apollonios_von_Perge}{Appollonius
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von Perge} (* ca. 265 v. Chr. in Perge; † ca. 190 v. Chr. in Alexandria)
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von Perge} (* ca.~265 v.~Chr.~in Perge; † ca.~190 v.~Chr.~in Alexandria) war
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war ein antiker griechischer Mathematiker, bekannt für sein Buch über
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ein antiker griechischer Mathematiker, bekannt für sein Buch über
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Kegelschnitte.}]
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Kegelschnitte.}] Betrachte Situation~\ref{sit:12-1-1} im Falle $n = 2$. Dann
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Betrachte Situation~\ref{sit:12-1-1} im Falle $n = 2$. Dann gibt es eine
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gibt es eine bijektive, affine Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, sodass das Bild von
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bijektive, affine Abbildung $Φ : ℝ^n → ℝ^n$, so dass das Bild von $Q$
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$Q$ Nullstellenmenge einer der folgenden Gleichungen ist
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Nullstellenmenge einer der folgenden Gleichungen ist
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\begin{enumerate}
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\begin{enumerate}
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\item $x² = 0:$ Doppelgerade \label{Q.1}
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\item $x² = 0:$ Doppelgerade \label{Q.1}
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@ -444,10 +444,10 @@ Satzes~\ref{satz:12-1-6} erhalten wir eine Klassifikation der Koniken.
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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\item In der Schule haben wir gelernt, das Koniken auftreten, wenn sich Körper
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\item In der Schule haben wir gelernt, das Koniken auftreten, wenn sich Körper
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im Schwerefeld bewegen. Wir kenne die Wurfparabel, die elliptischen
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im Schwerefeld bewegen. Wir kennen die Wurfparabel, die elliptischen
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Umlaufbahnen von Planeten um die Sonne und die Hyperbelbahnen von die
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Umlaufbahnen von Planeten um die Sonne und die Hyperbelbahnen von Satelliten
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Satelliten beim Vorbeiflug an einem Himmelskörper. Wieso treten hier
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beim Vorbeiflug an einem Himmelskörper. Wieso treten hier eigentlich Koniken
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eigentlich Koniken auf?
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auf?
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\item Wir diskutieren in diesem Abschnitt reelle Quadriken. Ich behaupte, dass
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\item Wir diskutieren in diesem Abschnitt reelle Quadriken. Ich behaupte, dass
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ähnliche Konstruktionen über den komplexen Zahlen die Gleichungen noch weiter
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ähnliche Konstruktionen über den komplexen Zahlen die Gleichungen noch weiter
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@ -460,7 +460,7 @@ Satzes~\ref{satz:12-1-6} erhalten wir eine Klassifikation der Koniken.
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Schreiben Sie ein Computerprogramm, das für eine gegebene Konik sofort eine
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Schreiben Sie ein Computerprogramm, das für eine gegebene Konik sofort eine
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vereinfachende affine Transformation liefert. Stellen Sie die Transformation
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vereinfachende affine Transformation liefert. Stellen Sie die Transformation
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graphisch dar, vielleicht mit automatisch generierten Videos die zeigen, wie es
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grafisch dar, vielleicht mit automatisch generierten Videos die zeigen, wie es
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zu den Vereinfachungen kommt.
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zu den Vereinfachungen kommt.
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@ -468,21 +468,21 @@ zu den Vereinfachungen kommt.
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\sideremark{Vorlesung 18}Ich erkläre in diesem Abschnitt die
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\sideremark{Vorlesung 18}Ich erkläre in diesem Abschnitt die
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Fourier-Transformation\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier}{Jean
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Fourier-Transformation\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier}{Jean
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Baptiste Joseph Fourier} (* 21. März 1768 bei Auxerre; † 16. Mai 1830 in
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Baptiste Joseph Fourier} (* 21.~März 1768 bei Auxerre; † 16.~Mai 1830 in Paris)
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Paris) war ein französischer Mathematiker und Physiker.} und nenne einige
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war ein französischer Mathematiker und Physiker.} und nenne einige Anwendungen.
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Anwendungen. Die Fourier-Transformation ist für die Praxis vielleicht das
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Die Fourier-Transformation ist für die Praxis vielleicht das wichtigste Stück
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wichtigste Stück Mathematik überhaupt\footnote{Sie selbst verwenden solche
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Mathematik überhaupt\footnote{Sie selbst verwenden solche Transformationen
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Transformationen ununterbrochen -- haben Sie schon einmal ein Mobiltelefon
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ununterbrochen -- haben Sie schon einmal ein Mobiltelefon benutzt? Oder sind
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benutzt? Oder sind Sie vielleicht in einem Auto gefahren? Oder haben Sie einen
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Sie vielleicht in einem Auto gefahren? Oder haben Sie einen Klang gehört?}.
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Klang gehört?}. Manche Kollegen sprechen sogar von der ``fünften
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Manche Kollegen sprechen sogar von der „fünften Grundrechenart“. Ich komme im
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Grundrechenart''. Ich komme im Abschnitt~\ref{ssec:Rechen} darauf zurück.
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Abschnitt~\ref{ssec:Rechen} darauf zurück.
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In Internet finden Sie sehr viel Material zum Thema. Ich empfehle dieses
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In Internet finden Sie sehr viel Material zum Thema. Ich empfehle dieses
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=vA9dfINW4Rg}{Video vom MIT}. Die
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=vA9dfINW4Rg}{Video vom MIT}. Die
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Fachhochschule Hamburg hat ebenfalls ein nettes
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Fachhochschule Hamburg hat ebenfalls ein nettes
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=oKWW8aWAdag}{Video} (``Warum die
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=oKWW8aWAdag}{Video} („Warum die
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Fourier-Analysis in den Anwendungen so wichtig ist und welche grundlegende Idee
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Fourier-Analysis in den Anwendungen so wichtig ist und welche grundlegende Idee
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dahinter steht''). Jörn Loviscach, mein persönlicher Held, hat natürlich auch
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dahinter steht“). Jörn Loviscach, mein persönlicher Held, hat natürlich auch
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ein \href{https://av.tib.eu/media/10335}{Video}, ebenso auch Daniel Jung
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ein \href{https://av.tib.eu/media/10335}{Video}, ebenso auch Daniel Jung
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(\href{https://www.youtube.com/watch?v=mMsa1uBHd9k}{$→$Link}). Wenn Sie ein
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(\href{https://www.youtube.com/watch?v=mMsa1uBHd9k}{$→$Link}). Wenn Sie ein
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wenig im Internet suchen, finden Sie noch sehr viel mehr Material.
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wenig im Internet suchen, finden Sie noch sehr viel mehr Material.
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@ -495,9 +495,9 @@ betrachte den der Vektorraum $V = \cC⁰([-π,π], ℝ)$ der reellwertigen steti
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Funktionen auf dem Intervall $[-π,π] ⊂ ℝ$. Wir haben schon gesehen, dass die
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Funktionen auf dem Intervall $[-π,π] ⊂ ℝ$. Wir haben schon gesehen, dass die
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Abbildung
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Abbildung
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\[
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\[
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\langle •, • \rangle : V ⨯ V → ℝ, \quad (f, g) ↦ \frac{1}{π}·\int^{π}_{-π} f(t) · g(t) dt.
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\langle •, • \rangle : V ⨯ V → ℝ, \quad (f, g) ↦ \frac{1}{π}·\int^{π}_{-π} f(t) · g(t) dt
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\]
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\]
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ein Skalarprodukt ist. Rechnen Sie sofort mit Hilfe der bekannten
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ein Skalarprodukt ist. Rechnen Sie sofort mithilfe der bekannten
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Additionstheoreme für Sinus und Kosinus nach, dass für alle positiven Zahlen $n$
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Additionstheoreme für Sinus und Kosinus nach, dass für alle positiven Zahlen $n$
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und $m$ aus $ℕ$ die folgenden Gleichungen gelten:
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und $m$ aus $ℕ$ die folgenden Gleichungen gelten:
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\[
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\[
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@ -521,21 +521,21 @@ eine orthonormale Teilmenge des Euklidischen Vektorraumes $\bigl( V, \langle •
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\subsubsection{Rekonstruktion von Funktionen}
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\subsubsection{Rekonstruktion von Funktionen}
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Es sei jetzt $F := \langle \mathcal{F} \rangle ⊆ V$ der von
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Es sei jetzt $F := \langle \mathcal{F} \rangle ⊆ V$ der von $\mathcal{F}$
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$\mathcal{F}$ erzeugte Untervektorraum. Wenn ich jetzt irgendeine Funktion
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erzeugte Untervektorraum. Wenn ich jetzt irgendeine Funktion $f ∈ F$ habe, dann
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$f ∈ F$ habe, dann kann ich die Zahlen
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kann ich die Zahlen
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\begin{equation}\label{eq:12-2-0-1}
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\begin{equation}\label{eq:12-2-0-1}
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a_n := \left\langle f, \sin(n·x) \right\rangle, \quad
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a_n := \left\langle f, \sin(n·x) \right\rangle, \quad
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b_n := \left\langle f, \cos(n·x) \right\rangle, \quad
|
b_n := \left\langle f, \cos(n·x) \right\rangle, \quad
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c := \left\langle f, \frac{1}{\sqrt{2}} \right\rangle
|
c := \left\langle f, \frac{1}{\sqrt{2}} \right\rangle
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||||||
\end{equation}
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\end{equation}
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||||||
ausrechnen und erhalte die Gleichung:
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ausrechnen und erhalte die Gleichung
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\begin{equation}\label{eq:12-2-0-2}
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\begin{equation}\label{eq:12-2-0-2}
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||||||
f = \frac{c}{\sqrt{2}} + \sum_{n=1}^∞ \bigl( a_n·\sin(n·x) + b_n·\sin(n·x) \bigr)
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f = \frac{c}{\sqrt{2}} + \sum_{n=1}^∞ \bigl( a_n·\sin(n·x) + b_n·\sin(n·x) \bigr).
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||||||
\end{equation}
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\end{equation}
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Beachte dabei, dass nur endlich viele der Zahlen $a_n$, $b_n$ von Null
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Beachte dabei, dass nur endlich viele der Zahlen $a_n$, $b_n$ von Null
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verschieden sind, so dass auf der rechten Seite der
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verschieden sind, sodass auf der rechten Seite der Gleichung~\eqref{eq:12-2-0-2}
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Gleichung~\eqref{eq:12-2-0-2} tatsächlich nur eine endliche Summe steht.
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tatsächlich nur eine endliche Summe steht.
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\subsection{Fourier-Reihen}
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\subsection{Fourier-Reihen}
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@ -576,7 +576,7 @@ zeigt wie man eine Sprungfunktion annähert.
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Weitere Beispiele gibt es bei
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Weitere Beispiele gibt es bei
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Fourierreihe#Beispiele}{Wikipedia} und in
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Fourierreihe#Beispiele}{Wikipedia} und in
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diesem phantastischem
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diesem fantastischem
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=lL0oUZGMhXc}{Erklärvideo vom MIT}.
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\href{https://www.youtube.com/watch?v=lL0oUZGMhXc}{Erklärvideo vom MIT}.
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Vielleicht schauen sie auch einmal in
|
Vielleicht schauen sie auch einmal in
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\href{https://av.tib.eu/media/10336}{dieses Video} oder in
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\href{https://av.tib.eu/media/10336}{dieses Video} oder in
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@ -602,7 +602,7 @@ Funktionen mit Periode $2π$. Man kann ähnliche Konstruktionen auch für nahez
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beliebige Funktionen machen. Allerdings erhält man statt der
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beliebige Funktionen machen. Allerdings erhält man statt der
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Fourier-Koeffizienten
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Fourier-Koeffizienten
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\[
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\[
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a_n := \frac{1}{π}·\int^{π}_{-π} f(t) · \sin(n·t) dt.
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a_n := \frac{1}{π}·\int^{π}_{-π} f(t) · \sin(n·t) dt
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\]
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\]
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||||||
dann eine Fourier-Transformierte, die man sinnvollerweise in komplexen Zahlen
|
dann eine Fourier-Transformierte, die man sinnvollerweise in komplexen Zahlen
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schreibt
|
schreibt
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@ -617,38 +617,38 @@ wird dann die Formel
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\[
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\[
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f(x) = \frac{1}{\sqrt{2π}}·\int_{-∞}^{∞} F(t)·e^{-itx}dt.
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f(x) = \frac{1}{\sqrt{2π}}·\int_{-∞}^{∞} F(t)·e^{-itx}dt.
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||||||
\]
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\]
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||||||
Die Funktion $F$ nennt man ``Fourier-Transformierte'' oder
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Die Funktion $F$ nennt man „Fourier-Transformierte“ oder „Spektrum“. Spektren
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``Spektrum''. Spektren gibt es in der reellen Welt überall zum Beispiel in
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gibt es in der reellen Welt überall zum Beispiel in unserem Ohr. Das Ohr ist
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unserem Ohr. Das Ohr ist ein ``Spektralapparat'', der auf mechanische Weise die
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ein „Spektralapparat“, der auf mechanische Weise die Fourier-Transformation der
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Fourier-Transformation der eingehenden Schallwelle berechnet und zum Gehirn
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eingehenden Schallwelle berechnet und zum Gehirn weiterleitet. Wenn man Akustik
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weiterleitet. Wenn man Akustik verstehen will, muss man Fourier-Transformation
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verstehen will, muss man Fourier-Transformation verstehen. Dann kann man
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verstehen. Dann kann man super-interessante Sachen machen.
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super-interessante Sachen machen.
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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||||||
\item Um Klangdaten zu analysieren (etwa um mit dem Computer Sprache zu
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\item Um Klangdaten zu analysieren (etwa um mit dem Computer Sprache zu
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analysieren), schaue man sich die Fourier-Transformation an. Es ist mit
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analysieren), schaue man sich die Fourier-Transformation an. Es ist mit
|
||||||
diesen Methoden nicht schwierig, ein kleine Computerprogramm zu bauen, dass
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diesen Methoden nicht schwierig, ein kleines Computerprogramm zu bauen, dass
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||||||
ein gesprochenes ``e'' von einem ``a'' unterscheidet. Suchen Sie im Internet
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ein gesprochenes „e“ von einem „a“ unterscheidet. Suchen Sie im Internet nach
|
||||||
nach ``Python'' und ``SciKit'', dann finden Sie alles, was sie brauchen.
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„Python“ und „SciKit“, dann finden Sie alles, was sie brauchen.
|
||||||
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||||||
\item Wenn ich das Spektrum eines Klanges berechnen kann, ist es super-einfach,
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\item Wenn ich das Spektrum eines Klanges berechnen kann, ist es super-einfach,
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||||||
interessante Sound-Effekte zu programmieren. Zum Beispiel kann ich ein
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interessante Sound-Effekte zu programmieren. Zum Beispiel kann ich ein
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||||||
Programm machen, das ein Musikstück schneller abspielt ohne die Tonhöhe zu
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Programm machen, das ein Musikstück schneller abspielt, ohne die Tonhöhe zu
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verändern.
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verändern.
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\item Da sich das Gehirn nur für das Spektrum interessiert, muss ich mir das
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\item Da sich das Gehirn nur für das Spektrum interessiert, muss ich mir das
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Spektrum anschauen, wenn ich erkennen will, welche Teile eines Klanges für das
|
Spektrum anschauen, wenn ich erkennen will, welche Teile eines Klanges für das
|
||||||
Gehirn interessant sind. Das bekannte Dateiformat MP3 funktioniert so: schaue
|
Gehirn interessant sind. Das bekannte Dateiformat MP3 funktioniert so: schaue
|
||||||
das Spektrum an, verwende ein mathematisch beschriebenes Modell der
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das Spektrum an, verwende ein mathematisch beschriebenes Modell der
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||||||
akustischen Wahrnehmung von Tonsignalen (``psycho-akustisches Modell'') und
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akustischen Wahrnehmung von Tonsignalen („psycho-akustisches Modell“) und
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||||||
erkenne die Teile des Spektrums die für das Gehirn uninteressant sind. Lasse
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erkenne die Teile des Spektrums, die für das Gehirn uninteressant sind. Lasse
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||||||
diese Teile des Spektrums weg, um die Dateigröße zu verkleinern ohne den Klang
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diese Teile des Spektrums weg, um die Dateigröße zu verkleinern, ohne den
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wesentlich zu verschlechtern.
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Klang wesentlich zu verschlechtern.
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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Die Fourier-Transformation tritt aber noch an vielen anderen Stellen auf:
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Die Fourier-Transformation tritt aber noch an vielen anderen Stellen auf:
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||||||
Signaltechnik, Analyse von Schwingungen in den Ingenieurswissenschaften, und in
|
Signaltechnik, Analyse von Schwingungen in den Ingenieurswissenschaften, und in
|
||||||
der Elektronik. Sie ist aber auch die Grundlage der Quantenmechanik. Die
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der Elektronik. Sie ist aber auch die Grundlage der Quantenmechanik. Die
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||||||
``Heisenbergsche Unschärferelation'', über die Philosophen viel schreiben, ist
|
„Heisenbergsche Unschärferelation“, über die Philosophen viel schreiben, ist
|
||||||
eine simple Funktionalgleichung, die zwischen den Funktionen $f$ und $F$ gilt!
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eine simple Funktionalgleichung, die zwischen den Funktionen $f$ und $F$ gilt!
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@ -656,31 +656,31 @@ eine simple Funktionalgleichung, die zwischen den Funktionen $f$ und $F$ gilt!
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\label{ssec:Rechen}
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\label{ssec:Rechen}
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Ich habe von Kollegen aus der Physik gehört, die Fourier-Transformation sei
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Ich habe von Kollegen aus der Physik gehört, die Fourier-Transformation sei
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wegen ihrer Wichtigkeit die ``fünfte Grundrechenart''. Das ist natürlich
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wegen ihrer Wichtigkeit die „fünfte Grundrechenart“. Das ist natürlich falsch.
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falsch. Tatsache ist, dass moderne Prozessoren die
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Tatsache ist, dass moderne Prozessoren die
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``\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform}{schnelle
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„\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform}{schnelle
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Fouriertransformation}'' extrem effizient ausführen können. Sehr viele
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Fouriertransformation}“ extrem effizient ausführen können. Viele elektronische
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elektronischen Geräten enthalten zusätzlich Spezialchips zur
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Geräte enthalten zusätzlich Spezialchips zur Fouriertransformation. Damit lässt
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Fouriertransformation. Damit lässt sie die Fourier-Transformation so effizient
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sie die Fourier-Transformation so effizient implementieren, dass Computer die
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implementieren, dass Computer die Multiplikation ganzer Zahlen mit Hilfe von
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Multiplikation ganzer Zahlen mithilfe von Fourier-Transformation durchführen;
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Fourier-Transformation durchführen; Multiplikation ist also nur noch eine
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Multiplikation ist also nur noch eine Anwendung der schnellen
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Anwendung der schnellen Fouriertransformation.
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Fouriertransformation.
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\begin{quote}
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\begin{quote}
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Der Schönhage-Strassen-Algorithmus ist ein Algorithmus zur Multiplikation
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Der Schönhage-Strassen-Algorithmus ist ein Algorithmus zur Multiplikation
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||||||
zweier großer ganzer Zahlen. Er wurde 1971 von Arnold Schönhage und Volker
|
zweier großer ganzer Zahlen. Er wurde 1971 von Arnold Schönhage und Volker
|
||||||
Strassen entwickelt. Der Algorithmus basiert auf einer sehr schnellen Variante
|
Strassen entwickelt. Der Algorithmus basiert auf einer sehr schnellen
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||||||
der diskreten schnellen Fourier-Transformation sowie einem geschickten Wechsel
|
Variante der diskreten schnellen Fourier-Transformation sowie einem
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zwischen der Restklassen- und der zyklischen Arithmetik in endlichen
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geschickten Wechsel zwischen der Restklassen- und der zyklischen Arithmetik in
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Zahlenringen.
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endlichen Zahlenringen.
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-- \href{https://en.wikipedia.org/wiki/Sch%C3%B6nhage%E2%80%93Strassen_algorithm}{Wikipedia}
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-- \href{https://en.wikipedia.org/wiki/Sch%C3%B6nhage%E2%80%93Strassen_algorithm}{Wikipedia}
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\end{quote}
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\end{quote}
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Schauen Sie sich auch einmal
|
Schauen Sie sich auch einmal
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\href{https://aimath.org/news/congruentnumbers/howtomultiply.html}{diesen
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\href{https://aimath.org/news/congruentnumbers/howtomultiply.html}{diesen
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Artikel} an. Die Grundrechenarten im 21 Jahrhundert sind also nicht ``plus,
|
Artikel} an. Die Grundrechenarten im 21.~Jahrhundert sind also nicht „plus,
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||||||
minus, mal, geteilt'' sondern ``plus, minus, Fourier-Transformation''.
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minus, mal, geteilt“, sondern „plus, minus, Fourier-Transformation“.
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\subsection{Warum Sinus und Kosinus}
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\subsection{Warum Sinus und Kosinus}
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@ -688,7 +688,7 @@ minus, mal, geteilt'' sondern ``plus, minus, Fourier-Transformation''.
|
|||||||
Sie fragen sich vielleicht, was das besondere an Sinus und Kosinus ist? Warum
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Sie fragen sich vielleicht, was das besondere an Sinus und Kosinus ist? Warum
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sind diese beiden Funktionen so wichtig? Eine Antwort ist: weil viele
|
sind diese beiden Funktionen so wichtig? Eine Antwort ist: weil viele
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||||||
natürliche Prozesse (wie etwa unser Gehör) aus Sinus und Kosinus basieren. Es
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natürliche Prozesse (wie etwa unser Gehör) aus Sinus und Kosinus basieren. Es
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||||||
gibt aber noch andere Funktionen, mit denen man etwas ähnliches machen kann, zum
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gibt aber noch andere Funktionen, mit denen man etwas Ähnliches machen kann, zum
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||||||
Beispiel die
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Beispiel die
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kugelfl%C3%A4chenfunktionen}{Kugelflächenfunktionen},
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kugelfl%C3%A4chenfunktionen}{Kugelflächenfunktionen},
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||||||
die die quantenmechanischen Gleichungen zur Beschreibung von
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die die quantenmechanischen Gleichungen zur Beschreibung von
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||||||
@ -708,10 +708,9 @@ von Menschen fünf-dimensional ist?
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|||||||
Bei den Big Five (auch Fünf-Faktoren-Modell, FFM) handelt es sich um ein
|
Bei den Big Five (auch Fünf-Faktoren-Modell, FFM) handelt es sich um ein
|
||||||
Modell der Persönlichkeitspsychologie. Im Englischen wird es auch als
|
Modell der Persönlichkeitspsychologie. Im Englischen wird es auch als
|
||||||
OCEAN-Modell bezeichnet (nach den entsprechenden Anfangsbuchstaben Openness,
|
OCEAN-Modell bezeichnet (nach den entsprechenden Anfangsbuchstaben Openness,
|
||||||
Conscientiousness, Extraversion, Agreeableness, Neuroticism).
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\foreignlanguage{english}{Conscientiousness, Extraversion, Agreeableness,
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Neuroticism}). Dem Modell zufolge existieren fünf Hauptdimensionen der
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Ihm zufolge existieren fünf Hauptdimensionen der Persönlichkeit und jeder
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Persönlichkeit und jeder Mensch lässt sich auf folgenden Skalen einordnen:
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Mensch lässt sich auf folgenden Skalen einordnen:
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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\item Offenheit für Erfahrungen (Aufgeschlossenheit),
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\item Offenheit für Erfahrungen (Aufgeschlossenheit),
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@ -739,43 +738,43 @@ von Menschen fünf-dimensional ist?
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|||||||
--- \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Big_Five_(Psychologie)}{Wikipedia}
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--- \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Big_Five_(Psychologie)}{Wikipedia}
|
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\end{quote}
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\end{quote}
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||||||
Die Frage nach der Persönlichkeit mag ein bischen theoretisch vorkommen, ist
|
Die Frage nach der Persönlichkeit mag ein bisschen theoretisch vorkommen, ist
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aber für Sie von großem praktischen Belang; Datenanalyse-Firmen verdienen viel
|
aber für Sie von großem praktischen Belang; Datenanalyse-Firmen verdienen viel
|
||||||
Geld damit, die fünf Koordinaten Ihrer Persönlichkeit für zahlende Kundschaft zu
|
Geld damit, die fünf Koordinaten Ihrer Persönlichkeit für zahlende Kundschaft zu
|
||||||
ermitteln --- suchen Sie im Internet nach den Worten ``Stryker'',
|
ermitteln --- suchen Sie im Internet nach den Worten „Stryker“,
|
||||||
``Bewerbungsgespräch'' und ``Gallup-Test'' um zu sehen, was ich meine.
|
„Bewerbungsgespräch“ und „Gallup-Test“ um zu sehen, was ich meine.
|
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||||||
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\subsection{Wie kommt man auf die Zahl ``fünf''?}
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\subsection{Wie kommt man auf die Zahl „fünf“?}
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||||||
Bis über die Schmerzgrenze hinaus übermäßig vereinfacht gesagt, so.
|
Bis über die Schmerzgrenze hinaus übermäßig vereinfacht gesagt, so.
|
||||||
|
|
||||||
\begin{itemize}
|
\begin{itemize}
|
||||||
\item Nimm eine Liste aller möglichen Adjektive der Englischen Sprache, die sich
|
\item Nimm eine Liste aller möglichen Adjektive der englischen Sprache, die sich
|
||||||
auf ``Persönlichkeit'' beziehen -- bei Wikipedia ist von 18.000 Begriffen die
|
auf „Persönlichkeit“ beziehen -- bei Wikipedia ist von 18.000 Begriffen die
|
||||||
Rede.
|
Rede.
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||||||
|
|
||||||
\item Nimm eine möglichst große Gruppe von $P$ Probanden und messe für jeden
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\item Nimm eine möglichst große Gruppe von $P$ Probanden und messe für jeden
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||||||
Probanden, wie stark die einzelnen Adjektive ausgeprägt sind. Wir erhalten
|
Probanden, wie stark die einzelnen Adjektive ausgeprägt sind. Wir erhalten
|
||||||
für jeden Probanden $p ∈ P$ einen Vektor im $\vec{v}_p ∈ ℝ^{18000}$.
|
für jeden Probanden $p ∈ P$ einen Vektor im $\vec{v}_p ∈ ℝ^{18000}$.
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||||||
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||||||
\item Stelle fest, dass es einen fünf-dimensionalen Vektorraum
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\item Stelle fest, dass es einen fünf-dimensionalen Vektorraum $V ⊂ ℝ^{18000}$
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||||||
$V ⊂ ℝ^{18000}$ gibt, so dass die Vektoren $(\vec{v}_p)_{p ∈ P}$ im
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gibt, sodass die Vektoren $(\vec{v}_p)_{p ∈ P}$ im Wesentlichen alle in $V$
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Wesentlichen alle in $V$ liegen.
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liegen.
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||||||
\item Stelle auch fest, dass es keinen vier-dimensionalen Untervektorraum mit
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\item Stelle auch fest, dass es keinen vier-dimensionalen Untervektorraum mit
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diesen Eigenschaften gibt.
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diesen Eigenschaften gibt.
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||||||
\end{itemize}
|
\end{itemize}
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||||||
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Die Frage ist, wie man den Vektorraum $V$ jetzt praktisch findet; das ist die
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Die Frage ist, wie man den Vektorraum $V$ jetzt praktisch findet; das ist die
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||||||
Aufgabe der ``Hauptkomponentenanalyse''. Kurz gesagt berechnet man für je zwei
|
Aufgabe der „Hauptkomponentenanalyse“. Kurz gesagt berechnet man für je zwei
|
||||||
Adjektive $a_i$ und $a_j$ die Kovarianz $a_{ij}$.
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Adjektive $a_i$ und $a_j$ die Kovarianz $a_{ij}$.
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||||||
\begin{quote}
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\begin{quote}
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||||||
Kovarianz: Der Wert dieser Kenngröße macht tendenzielle Aussagen darüber, ob
|
Kovarianz: Der Wert dieser Kenngröße macht tendenzielle Aussagen darüber, ob
|
||||||
hohe Werte der einen Zufallsvariablen eher mit hohen oder eher mit niedrigen
|
hohe Werte der einen Zufallsvariablen eher mit hohen oder eher mit niedrigen
|
||||||
Werten der anderen Zufallsvariablen einhergehen. Die Kovarianz ist ein Maß für
|
Werten der anderen Zufallsvariablen einhergehen. Die Kovarianz ist ein Maß
|
||||||
die Assoziation zwischen zwei Zufallsvariablen.
|
für die Assoziation zwischen zwei Zufallsvariablen.
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--- \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kovarianz_(Stochastik)}{Wikipedia}
|
--- \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Kovarianz_(Stochastik)}{Wikipedia}
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\end{quote}
|
\end{quote}
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@ -800,16 +799,16 @@ Zahlen stehen; alle anderen Zahlen sind vom Betrag recht klein.
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\subsection{… und weiter?}
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\subsection{… und weiter?}
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||||||
Hauptkomponentenanalyse wird in fast jedem Bereich der empirischen
|
Hauptkomponentenanalyse wird in fast jedem Bereich der empirischen
|
||||||
Wissenschaften verwendet. Suchen Sie im Internet nach ``Hauptkomponentenanalyse
|
Wissenschaften verwendet. Suchen Sie im Internet nach „Hauptkomponentenanalyse
|
||||||
und Sportwissenschaft''. Wikipedia nennt unter anderem noch folgende Beispiele.
|
und Sportwissenschaft“. Wikipedia nennt unter anderem noch folgende Beispiele.
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||||||
\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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||||||
\item Wendet man die Hauptkomponentenanalyse auf das Kaufverhalten von
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\item Wendet man die Hauptkomponentenanalyse auf das Kaufverhalten von
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Konsumenten an, gibt es möglicherweise latente Faktoren wie sozialer Status,
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Konsumenten an, gibt es möglicherweise latente Faktoren wie sozialer Status,
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Alter oder Familienstand, die bestimmte Käufe motivieren. Hier könnte man
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Alter oder Familienstand, die bestimmte Käufe motivieren. Hier könnte man
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durch gezielte Werbung die Kauflust entsprechend kanalisieren.
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durch gezielte Werbung die Kauflust entsprechend kanalisieren.
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\item Hat man ein statistisches Modell mit sehr vielen Merkmalen, könnte mit
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\item Hat man ein statistisches Modell mit sehr vielen Merkmalen, kann man
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Hilfe der Hauptkomponentenanalyse gegebenenfalls die Zahl der Variablen im
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mithilfe der Hauptkomponentenanalyse gegebenenfalls die Zahl der Variablen im
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Modell reduziert werden, was meistens die Modellqualität steigert.
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Modell reduziert werden, was meistens die Modellqualität steigert.
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\item Anwendung findet die Hauptkomponentenanalyse auch in der Bildverarbeitung
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\item Anwendung findet die Hauptkomponentenanalyse auch in der Bildverarbeitung
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@ -817,17 +816,18 @@ und Sportwissenschaft''. Wikipedia nennt unter anderem noch folgende Beispiele.
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analysieren und Rückschlüsse daraus ziehen.
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analysieren und Rückschlüsse daraus ziehen.
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\item Ein weiteres Gebiet ist die Künstliche Intelligenz, zusammen mit den
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\item Ein weiteres Gebiet ist die Künstliche Intelligenz, zusammen mit den
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Neuronalen Netzen. Dort dient die PCA zur Merkmalstrennung im Rahmen der
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neuronalen Netzen. Dort dient die PCA zur Merkmals-Trennung im Rahmen der
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automatischen Klassifizierung bzw. in der Mustererkennung.
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automatischen Klassifizierung bzw. in der Mustererkennung.
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\item In quantitative finance, principal component analysis can be directly
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\item \foreignlanguage{english}{In quantitative finance, principal component
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applied to the risk management of interest rate derivative portfolios. Trading
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analysis can be directly applied to the risk management of interest rate
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multiple swap instruments which are usually a function of 30-500 other market
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derivative portfolios. Trading multiple swap instruments which are usually a
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quotable swap instruments is sought to be reduced to usually 3 or 4 principal
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function of 30-500 other market quotable swap instruments is sought to be
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components, representing the path of interest rates on a macro
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reduced to usually 3 or 4 principal components, representing the path of
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basis. Converting risks to be represented as those to factor loadings (or
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interest rates on a macro basis. Converting risks to be represented as those
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multipliers) provides assessments and understanding beyond that available to
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to factor loadings (or multipliers) provides assessments and understanding
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simply collectively viewing risks to individual 30-500 buckets.
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beyond that available to simply collectively viewing risks to individual
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30-500 buckets.}
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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% !TEX root = LineareAlgebra2
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% !TEX root = LineareAlgebra2
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