לדלג לתוכן

מכפלה פנימית ותהליך גראם-שמידט

מתוך Math-Wiki
(הופנה מהדף מכפלה פנימית)
בקצרה: מכפלה פנימית היא הכללה אלגברית של המכפלה הסקלרית, שמאפשרת למדוד אורך, מרחק וזווית בכל מרחב וקטורי - גם מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{C} }[/math] וגם במרחבים בלי אינטואיציה גיאומטרית ישירה. תהליך גראם-שמידט הוא אלגוריתם שהופך כל בסיס של מרחב מכפלה פנימית לבסיס אורתונורמלי, על ידי החסרה שלב-אחר-שלב של ההיטל על הווקטורים שכבר נבנו, ונרמול בסוף: [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_k=v_k-\pi_{\{\overset{\circ}{v}_1,\dots,\overset{\circ}{v}_{k-1}\}}(v_k) }[/math].

מכפלה פנימית (inner product) על מרחב וקטורי [math]\displaystyle{ V }[/math] מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{R} }[/math] או [math]\displaystyle{ \mathbb{C} }[/math] היא פונקציה [math]\displaystyle{ \langle\cdot,\cdot\rangle:V\times V\to\mathbb{F} }[/math] שמכלילה את המכפלה הסקלרית המוכרת [math]\displaystyle{ v\cdot w=|v||w|\cos\theta }[/math] לכל מרחב וקטורי - כולל מרחבים מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{C} }[/math] ומרחבי פונקציות, שבהם אין כבר אינטואיציה גיאומטרית ישירה. בקורס אלגברה לינארית 2 זהו פרק הפתיחה, ועליו מבוססים כל המשך הקורס: המרחב הניצב, היטלים, לכסון אוניטרי ועוד. כל מכפלה פנימית משרה נורמה (אורך) [math]\displaystyle{ \|v\|=\sqrt{\langle v,v\rangle} }[/math], ותהליך גראם-שמידט מאפשר להפוך כל בסיס לבסיס אורתונורמלי - "מערכת צירים" מאונכת ומנורמלת, הנוחה ביותר לעבודה. בחיפושים ובתרגילים מכנים את הנושא גם גרם שמידט, תהליך גרם/גראם שמידט, בסיס אורתונורמלי, היטל אורתוגונלי, אי-שיוויון קושי-שוורץ ונורמה מושרית.

הגדרה

יהי [math]\displaystyle{ V }[/math] מרחב וקטורי מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{F}=\mathbb{R} }[/math] או [math]\displaystyle{ \mathbb{F}=\mathbb{C} }[/math]. מכפלה פנימית היא פונקציה [math]\displaystyle{ \langle\cdot,\cdot\rangle:V\times V\to\mathbb{F} }[/math] כך שלכל [math]\displaystyle{ x,y,z\in V }[/math] ו-[math]\displaystyle{ c\in\mathbb{F} }[/math]:

  • אדטיביות: [math]\displaystyle{ \langle x+y,z\rangle=\langle x,z\rangle+\langle y,z\rangle }[/math]
  • כפל בסקלר (מהרכיב השמאלי): [math]\displaystyle{ \langle cx,y\rangle=c\langle x,y\rangle }[/math]
  • הרמיטיות: [math]\displaystyle{ \langle y,x\rangle=\overline{\langle x,y\rangle} }[/math]
  • אי-שליליות: [math]\displaystyle{ \langle x,x\rangle\geq 0 }[/math], וכן [math]\displaystyle{ \langle x,x\rangle=0 }[/math] אם ורק אם [math]\displaystyle{ x=0 }[/math]

מרחב וקטורי עם מכפלה פנימית נקרא מרחב מכפלה פנימית. הדוגמה הבסיסית היא המכפלה הפנימית הסטנדרטית על [math]\displaystyle{ \mathbb{F}^n }[/math]: [math]\displaystyle{ \langle v,w\rangle=v^t\overline{w}=x_1\overline{y_1}+\cdots+x_n\overline{y_n} }[/math], המכלילה מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{C} }[/math] את המכפלה הסקלרית הרגילה.

נורמה על [math]\displaystyle{ V }[/math] היא פונקציה [math]\displaystyle{ \|\cdot\|:V\to\mathbb{R} }[/math] כך שלכל [math]\displaystyle{ x,y\in V,\ c\in\mathbb{F} }[/math]: [math]\displaystyle{ \|x\|\geq0 }[/math] (ושווה 0 רק עבור [math]\displaystyle{ x=0 }[/math]), [math]\displaystyle{ \|cx\|=|c|\cdot\|x\| }[/math], ואי-שיוויון המשולש [math]\displaystyle{ \|x+y\|\leq\|x\|+\|y\| }[/math]. כל מכפלה פנימית משרה נורמה מושרית [math]\displaystyle{ \|v\|=\sqrt{\langle v,v\rangle} }[/math] (מוגדרת היטב כי [math]\displaystyle{ \langle v,v\rangle\geq0 }[/math]). לא כל נורמה היא מושרית ממכפלה פנימית - ראו מכפלה פנימית מושרית לפירוט ולכלל המקבילית שמאפיין זאת.

קבוצה [math]\displaystyle{ S\subseteq V }[/math] נקראת אורתוגונלית אם כל שני איברים שונים שלה מאונכים, כלומר [math]\displaystyle{ \langle u,v\rangle=0 }[/math], ואורתונורמלית אם בנוסף כל וקטור בה מנורמל ([math]\displaystyle{ \|v\|=1 }[/math]). בהתאם, בסיס אורתוגונלי (אורתונורמלי) הוא בסיס שהוא גם קבוצה אורתוגונלית (אורתונורמלית) - כלומר ההבדל היחיד ביניהם הוא הנרמול: בסיס אורתונורמלי הוא בסיס אורתוגונלי שבו כל הווקטורים גם באורך 1.

בהינתן בסיס אורתוגונלי [math]\displaystyle{ B=\{w_1,\dots,w_k\} }[/math] של תת-מרחב [math]\displaystyle{ W\subseteq V }[/math], ההיטל האורתוגונלי של [math]\displaystyle{ v\in V }[/math] על [math]\displaystyle{ W }[/math] מוגדר [math]\displaystyle{ \pi_B(v)=\dfrac{\langle v,w_1\rangle}{\|w_1\|^2}w_1+\cdots+\dfrac{\langle v,w_k\rangle}{\|w_k\|^2}w_k }[/math] (אם [math]\displaystyle{ B }[/math] אורתונורמלי, כל המכנים שווים 1).

לבסיס [math]\displaystyle{ B=\{v_1,\dots,v_n\} }[/math] של [math]\displaystyle{ V }[/math] מתאימים מטריצת גראם [math]\displaystyle{ G_B }[/math], שאיבר [math]\displaystyle{ (i,j) }[/math] שלה הוא [math]\displaystyle{ \langle v_i,v_j\rangle }[/math].

משפטים ותכונות

בי-לינאריות מורחבת. מהאדטיביות וההרמיטיות נובע שאפשר "לפתוח סוגריים" בצירופים לינאריים משני הצדדים, אך כל סקלר שיוצא מהרכיב הימני יוצא עם צמוד: [math]\displaystyle{ \langle av_1+bv_2,\,cw_1+dw_2\rangle=a\overline{c}\langle v_1,w_1\rangle+a\overline{d}\langle v_1,w_2\rangle+b\overline{c}\langle v_2,w_1\rangle+b\overline{d}\langle v_2,w_2\rangle }[/math] (הוכחה מלאה בהרצאה, ראו וידאו בהמשך).

קבוצה אורתוגונלית בלי אפס היא בת"ל. אם [math]\displaystyle{ 0\notin S }[/math] ו-[math]\displaystyle{ S }[/math] אורתוגונלית, אז [math]\displaystyle{ S }[/math] בלתי תלויה לינארית: אם [math]\displaystyle{ \alpha_1v_1+\cdots+\alpha_nv_n=0 }[/math], מכפילים (פנימית) ב-[math]\displaystyle{ v_i }[/math] ומקבלים [math]\displaystyle{ \alpha_i\|v_i\|^2=0 }[/math], ולכן [math]\displaystyle{ \alpha_i=0 }[/math].

אי-שיוויון קושי-שוורץ. לכל [math]\displaystyle{ v,w\in V }[/math]: [math]\displaystyle{ |\langle v,w\rangle|\leq\|v\|\cdot\|w\| }[/math]. הוכחה: תחילה, מ-[math]\displaystyle{ \langle v-w,v-w\rangle\geq0 }[/math] נובע [math]\displaystyle{ \mathrm{Re}\langle v,w\rangle\leq\tfrac{\|v\|^2+\|w\|^2}{2} }[/math] לכל [math]\displaystyle{ v,w\in V }[/math]; מציבים [math]\displaystyle{ \tfrac{v}{\|v\|},\tfrac{w}{\|w\|} }[/math] (עבור [math]\displaystyle{ v,w\neq0 }[/math]) ומקבלים [math]\displaystyle{ \mathrm{Re}\langle v,w\rangle\leq\|v\|\|w\| }[/math] (*) (המקרה [math]\displaystyle{ v=0 }[/math] או [math]\displaystyle{ w=0 }[/math] מיידי). כעת מציבים ב-(*) את הזוג [math]\displaystyle{ v,\ \langle v,w\rangle w }[/math] במקום [math]\displaystyle{ v,w }[/math]: [math]\displaystyle{ \langle v,\langle v,w\rangle w\rangle=\overline{\langle v,w\rangle}\langle v,w\rangle=|\langle v,w\rangle|^2 }[/math], ומקבלים [math]\displaystyle{ |\langle v,w\rangle|^2\leq\|v\|\cdot|\langle v,w\rangle|\cdot\|w\| }[/math]; אם [math]\displaystyle{ \langle v,w\rangle\neq0 }[/math] מחלקים בו ומסיימים (אחרת אי-השיוויון מיידי).

הנורמה המושרית מקיימת את אי-שיוויון המשולש. [math]\displaystyle{ \|v+w\|^2=\|v\|^2+2\mathrm{Re}\langle v,w\rangle+\|w\|^2\leq\|v\|^2+2\|v\|\|w\|+\|w\|^2=(\|v\|+\|w\|)^2 }[/math], כאשר האי-שיוויון נובע מקושי-שוורץ (*) שלמעלה. הוצאת שורש (שני האגפים אי-שליליים) נותנת [math]\displaystyle{ \|v+w\|\leq\|v\|+\|w\| }[/math]. שתי תכונות הנורמה האחרות - אי-שליליות והומוגניות - נובעות ישירות מתכונות המכפלה הפנימית.

קיום בסיס אורתונורמלי. לכל מרחב מכפלה פנימית ממימד סופי קיים בסיס אורתונורמלי. זו בדיוק תוצאת תהליך גראם-שמידט, המתואר כשיטה בהמשך - התהליך עצמו הוא ההוכחה הבונה של המשפט.

מקדמים ומכפלה פנימית בבסיס אורתונורמלי. אם [math]\displaystyle{ \{u_1,\dots,u_n\} }[/math] אורתונורמלי ו-[math]\displaystyle{ v=\alpha_1u_1+\cdots+\alpha_nu_n }[/math], אז [math]\displaystyle{ \alpha_i=\langle v,u_i\rangle }[/math] (מכפילים פנימית ב-[math]\displaystyle{ u_i }[/math] ומשתמשים באורתונורמליות). בפרט, אם גם [math]\displaystyle{ u=\beta_1u_1+\cdots+\beta_nu_n }[/math], אז [math]\displaystyle{ \langle u,v\rangle=\beta_1\overline{\alpha_1}+\cdots+\beta_n\overline{\alpha_n} }[/math] - בדיוק כמו המכפלה הסטנדרטית ביחס לקואורדינטות.

מטריצת גראם של בסיס אורתונורמלי היא מטריצת היחידה. אם [math]\displaystyle{ B=\{v_1,\dots,v_n\} }[/math] אורתונורמלי, אז [math]\displaystyle{ G_B=I }[/math], כי [math]\displaystyle{ \langle v_i,v_j\rangle=1 }[/math] עבור [math]\displaystyle{ i=j }[/math] ו-[math]\displaystyle{ 0 }[/math] אחרת. זו הסיבה שעבודה בבסיס אורתונורמלי כל כך נוחה: אין "תיקונים" של מטריצת גראם בנוסחאות.

שיטה / איך מחשבים

תהליך גראם-שמידט, שלב אחרי שלב

נתון בסיס [math]\displaystyle{ \{v_1,\dots,v_n\} }[/math] של [math]\displaystyle{ V }[/math], ורוצים בסיס אורתונורמלי.

  1. [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_1=v_1 }[/math].
  2. לכל [math]\displaystyle{ k=2,\dots,n }[/math]: מטילים את [math]\displaystyle{ v_k }[/math] על [math]\displaystyle{ W_{k-1}=\mathrm{Span}\{\overset{\circ}{v}_1,\dots,\overset{\circ}{v}_{k-1}\} }[/math] (לפי נוסחת ההיטל לבסיס אורתוגונלי מלמעלה) ומחסירים: [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_k=v_k-\sum_{i=1}^{k-1}\dfrac{\langle v_k,\overset{\circ}{v}_i\rangle}{\|\overset{\circ}{v}_i\|^2}\overset{\circ}{v}_i }[/math] - זוהי נוסחת גראם-שמידט. הווקטור [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_k }[/math] מאונך לכל [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_1,\dots,\overset{\circ}{v}_{k-1} }[/math] בדיוק כי החסרנו ממנו את כל ה"חלק" שכבר נמצא ב-[math]\displaystyle{ W_{k-1} }[/math].
  3. בסוף מקבלים בסיס אורתוגונלי [math]\displaystyle{ \{\overset{\circ}{v}_1,\dots,\overset{\circ}{v}_n\} }[/math]; מנרמלים כל וקטור, [math]\displaystyle{ u_i=\overset{\circ}{v}_i/\|\overset{\circ}{v}_i\| }[/math], ומקבלים בסיס אורתונורמלי.

בכל שלב מתקיים [math]\displaystyle{ \mathrm{Span}\{v_1,\dots,v_k\}=\mathrm{Span}\{\overset{\circ}{v}_1,\dots,\overset{\circ}{v}_k\} }[/math] - שימושי לבדיקה עצמית. אפשר גם לנרמל כל וקטור מיד לאחר בנייתו במקום בסוף; זה לא משנה את התהליך, כי נוסחת ההיטל אינה תלויה בכפל וקטור בסיס בסקלר. לצפייה במבנה ההרצאה המלא על המשפט: לינארית 2/תהליך גראם-שמידט.

חישוב היטל אורתוגונלי על תת-מרחב

בהינתן תת-מרחב [math]\displaystyle{ W\subseteq V }[/math] ווקטור [math]\displaystyle{ v }[/math]: (1) אם אין ברשותכם בסיס אורתוגונלי ל-[math]\displaystyle{ W }[/math] - הריצו עליו גראם-שמידט; (2) הציבו בנוסחת ההיטל שבהגדרה. השארית [math]\displaystyle{ v-\pi_B(v) }[/math] מאונכת לכל [math]\displaystyle{ W }[/math] (היא במרחב הניצב [math]\displaystyle{ W^\perp=\{u\in V\mid\forall w\in W:\langle u,w\rangle=0\} }[/math], ומתקיים [math]\displaystyle{ V=W\oplus W^\perp }[/math]); אורכה, [math]\displaystyle{ \|v-\pi_B(v)\| }[/math], הוא המרחק בין [math]\displaystyle{ v }[/math] ל-[math]\displaystyle{ W }[/math].

דוגמאות

1. למה צריך צמוד מרוכב? עבור [math]\displaystyle{ v=(1+i,\,1-i)\in\mathbb{C}^2 }[/math], אם מחשבים "מכפלה סקלרית" בלי צמוד: [math]\displaystyle{ (1+i)^2+(1-i)^2=2i-2i=0 }[/math] למרות ש-[math]\displaystyle{ v\neq0 }[/math] - איבדנו את האי-שליליות! עם המכפלה הפנימית הסטנדרטית (עם צמוד): [math]\displaystyle{ \langle v,v\rangle=(1+i)\overline{(1+i)}+(1-i)\overline{(1-i)}=2+2=4>0 }[/math], כנדרש.

2. שתי נורמות שונות על אותו מרחב. על [math]\displaystyle{ \mathbb{R}^2 }[/math] אפשר להגדיר גם [math]\displaystyle{ \|(a,b)\|_1=|a|+|b| }[/math], לא רק [math]\displaystyle{ \|(a,b)\|_2=\sqrt{a^2+b^2} }[/math] - שתיהן מקיימות את שלוש אקסיומות הנורמה, אך מודדות "מרחק" אחרת (כמו זרוע רובוטית הנעה רק אופקית/אנכית לעומת מרחק אווירי). זה ממחיש שאקסיומות הנורמה כלליות, ולא רק תיאור גיאומטרי-אוקלידי אחד; רק [math]\displaystyle{ \|\cdot\|_2 }[/math] היא נורמה מושרית ממכפלה פנימית.

3. גראם-שמידט מפורש. על הבסיס [math]\displaystyle{ (1,1,0),(1,0,1),(0,1,1) }[/math] של [math]\displaystyle{ \mathbb{R}^3 }[/math] (מכפלה סטנדרטית): [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_1=(1,1,0) }[/math]; [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_2=(1,0,1)-\tfrac12(1,1,0)=(\tfrac12,-\tfrac12,1) }[/math]; [math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_3=(0,1,1)-\tfrac12(1,1,0)-\tfrac13(\tfrac12,-\tfrac12,1)=(-\tfrac23,\tfrac23,\tfrac23) }[/math]. לאחר נרמול: [math]\displaystyle{ u_1=\tfrac{1}{\sqrt2}(1,1,0),\ u_2=\tfrac{1}{\sqrt6}(1,-1,2),\ u_3=\tfrac{1}{\sqrt3}(-1,1,1) }[/math]. אפשר לוודא ישירות ש-[math]\displaystyle{ \langle u_i,u_j\rangle=0 }[/math] עבור [math]\displaystyle{ i\neq j }[/math] וש-[math]\displaystyle{ \|u_i\|=1 }[/math], כלומר מטריצת גראם של [math]\displaystyle{ \{u_1,u_2,u_3\} }[/math] היא [math]\displaystyle{ I }[/math].

4. היטל ומרחק. עבור [math]\displaystyle{ W=\mathrm{Span}\{u_1,u_2\} }[/math] מדוגמה 3 ו-[math]\displaystyle{ w=(1,2,3) }[/math]: [math]\displaystyle{ \langle w,u_1\rangle=\tfrac{3}{\sqrt2},\ \langle w,u_2\rangle=\tfrac{5}{\sqrt6} }[/math], ולכן [math]\displaystyle{ \pi_W(w)=\tfrac{3}{\sqrt2}u_1+\tfrac{5}{\sqrt6}u_2=(\tfrac73,\tfrac23,\tfrac53) }[/math]. השארית [math]\displaystyle{ w-\pi_W(w)=(-\tfrac43,\tfrac43,\tfrac43) }[/math] אכן מאונכת ל-[math]\displaystyle{ u_1,u_2 }[/math], ואף מקבילה ל-[math]\displaystyle{ u_3 }[/math], בדיוק כפי שמכתיב [math]\displaystyle{ W^\perp }[/math].

שאלות תרגול

שאלה 1. הפעילו את תהליך גראם-שמידט (ביחס למכפלה הפנימית הסטנדרטית) על הבסיס הסדור [math]\displaystyle{ (1,1,1),\,(0,1,1),\,(0,0,1) }[/math] של [math]\displaystyle{ \mathbb{R}^3 }[/math], ומצאו בסיס אורתונורמלי.

פתרון

[math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_1=(1,1,1) }[/math], ולכן [math]\displaystyle{ \|\overset{\circ}{v}_1\|^2=3 }[/math].

[math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_2=(0,1,1)-\tfrac{2}{3}(1,1,1)=(-\tfrac23,\tfrac13,\tfrac13) }[/math], ולכן [math]\displaystyle{ \|\overset{\circ}{v}_2\|^2=\tfrac23 }[/math].

[math]\displaystyle{ \overset{\circ}{v}_3=(0,0,1)-\tfrac13(1,1,1)-\tfrac12(-\tfrac23,\tfrac13,\tfrac13)=(0,-\tfrac12,\tfrac12) }[/math].

לאחר נרמול: [math]\displaystyle{ u_1=\tfrac{1}{\sqrt3}(1,1,1),\quad u_2=\tfrac{1}{\sqrt6}(-2,1,1),\quad u_3=\tfrac{1}{\sqrt2}(0,-1,1) }[/math].

שאלה 2. הוכיחו בעזרת אי-שיוויון קושי-שוורץ כי לכל [math]\displaystyle{ a,b,c\in\mathbb{R} }[/math] מתקיים [math]\displaystyle{ (a+b+c)^2\leq3(a^2+b^2+c^2) }[/math].

פתרון

במרחב [math]\displaystyle{ \mathbb{R}^3 }[/math] עם המכפלה הפנימית הסטנדרטית, נציב [math]\displaystyle{ v=(a,b,c),\ w=(1,1,1) }[/math]. אז [math]\displaystyle{ \langle v,w\rangle=a+b+c }[/math], [math]\displaystyle{ \|v\|=\sqrt{a^2+b^2+c^2} }[/math], [math]\displaystyle{ \|w\|=\sqrt3 }[/math]. לפי קושי-שוורץ, [math]\displaystyle{ |a+b+c|\leq\sqrt3\cdot\sqrt{a^2+b^2+c^2} }[/math]; מעלים בריבוע ומקבלים את הדרוש.

שאלה 3. תהי [math]\displaystyle{ W=\mathrm{Span}\{(1,1,1),(0,1,1)\}\subseteq\mathbb{R}^3 }[/math] (מכפלה סטנדרטית), ויהי [math]\displaystyle{ w=(1,2,0) }[/math]. מצאו את ההיטל האורתוגונלי של [math]\displaystyle{ w }[/math] על [math]\displaystyle{ W }[/math], ואת המרחק בין [math]\displaystyle{ w }[/math] ל-[math]\displaystyle{ W }[/math].

פתרון

לפי שאלה 1, [math]\displaystyle{ u_1=\tfrac{1}{\sqrt3}(1,1,1),\ u_2=\tfrac{1}{\sqrt6}(-2,1,1) }[/math] הוא בסיס אורתונורמלי ל-[math]\displaystyle{ W }[/math] (כי נבנה מ-[math]\displaystyle{ (1,1,1),(0,1,1) }[/math]). מחשבים [math]\displaystyle{ \langle w,u_1\rangle=\sqrt3 }[/math], [math]\displaystyle{ \langle w,u_2\rangle=0 }[/math], ולכן [math]\displaystyle{ \pi_W(w)=\sqrt3\,u_1=(1,1,1) }[/math]. המרחק הוא [math]\displaystyle{ \|w-\pi_W(w)\|=\|(0,1,-1)\|=\sqrt2 }[/math].

שאלה 4. יהי [math]\displaystyle{ \{u_1,\dots,u_n\} }[/math] בסיס אורתונורמלי של [math]\displaystyle{ V }[/math]. הוכיחו כי לכל [math]\displaystyle{ v\in V }[/math] מתקיים [math]\displaystyle{ \|v\|^2=\sum_{i=1}^n|\langle v,u_i\rangle|^2 }[/math] (זהות פרסבל).

פתרון

נכתוב [math]\displaystyle{ v=\sum_i\alpha_iu_i }[/math] כאשר [math]\displaystyle{ \alpha_i=\langle v,u_i\rangle }[/math] (נוסחת המקדמים בבסיס אורתונורמלי). לפי נוסחת חישוב מכפלה פנימית בקואורדינטות אורתונורמליות, [math]\displaystyle{ \|v\|^2=\langle v,v\rangle=\sum_i\alpha_i\overline{\alpha_i}=\sum_i|\alpha_i|^2=\sum_i|\langle v,u_i\rangle|^2 }[/math].

טעויות נפוצות

  • מבלבלים בסיס אורתוגונלי עם אורתונורמלי: הנוסחה הקצרה [math]\displaystyle{ \langle v,w_i\rangle w_i }[/math] (בלי מכנה) תקפה רק לבסיס אורתונורמלי; לבסיס אורתוגונלי בלבד חובה לחלק ב-[math]\displaystyle{ \|w_i\|^2 }[/math].
  • שוכחים את הצמוד המרוכב כשעובדים מעל [math]\displaystyle{ \mathbb{C} }[/math], ומקבלים "מכפלה" שאינה מקיימת אי-שליליות (ראו דוגמה 1).
  • חושבים שסדר הווקטורים בגראם-שמידט לא משנה את התוצאה - הוא כן משנה את הווקטורים המתקבלים (אף שהמרחב הנפרש בסוף התהליך זהה; המרחבים בשלבי הביניים תלויים בסדר).
  • מפעילים גראם-שמידט על קבוצה תלויה לינארית (לא בסיס) ומקבלים באחד השלבים וקטור אפס; יש לוודא מראש שמדובר בקבוצה בלתי תלויה.
  • לא בודקים בסוף שהתוצאה מאונכת לכל הווקטורים הקודמים ולא רק לאחרון - כדאי לבדוק [math]\displaystyle{ \langle\overset{\circ}{v}_k,\overset{\circ}{v}_i\rangle=0 }[/math] לכל [math]\displaystyle{ i<k }[/math].

שאלות ממבחנים

(אינדקס השאלות לקורס זה עדיין לא נבנה; הסעיף יתמלא בהמשך)

סרטונים

מוטיבציה גיאומטרית למכפלה פנימית: הוכחת משפט הקוסינוסים והקשר שלו למכפלה הסקלרית בין וקטורים. תמונה מקדימה של סרטון

הגדרת מכפלה פנימית (ארבע האקסיומות) והוכחה שהמכפלה הפנימית הסטנדרטית על [math]\displaystyle{ \mathbb{F}^n }[/math] אכן מקיימת אותן. תמונה מקדימה של סרטון

בי-לינאריות מורחבת - איך פותחים סוגריים בצירופים לינאריים בתוך מכפלה פנימית, ולמה יוצא צמוד מהצד הימני. תמונה מקדימה של סרטון

הגדרת נורמה (שלוש האקסיומות) ודוגמה לשתי נורמות שונות על אותו מרחב, שממחישה למה דרוש אי-שיוויון המשולש. תמונה מקדימה של סרטון

חומרי עזר