1. Jacobi变换
交换积分次序通常针对的是二元以上的函数的重积分,以二元函数的二次积分为例,∫dx∫f(x,y)dy如果通过变换成∫dy∫f(x,y)dx,由于前一个积分是先对y后对x积分,后面的恰好相反,这就是交换了积分次序,不过变换后的被积函数通常需要乘以一个变换的雅可比行列式,对于定积分而言,还需要考虑到积分上下限的变化。
2. jacobi变换矩阵
Jacobi 方法 Jacobi方法是求对称矩阵的全部特征值以及相应的特征向量的一种方法,它是基于以下两个结论 1) 任何实对称矩阵A可以通过正交相似变换成对角型,即存在正交矩阵Q,使得 QT AQ = diag(λ1 ,λ2 ,…,λn ) (3.1) 其中λi(i=1,2,…,n)是A的特征值,Q中各列为相应的特征向量. 2) 在正交相似变换下,矩阵元素的平方和不变.即设A=(aij)n×n ,Q交矩阵,记B=QT AQ=(bij)n×n ,则 Jacobi方法的基本思想是通过一次正交变换,将A中的一对非零的非对角化成零并且使得非对角元素的平方和减小.反复进行上述过程,使变换后的矩阵的非对角元素的平方和趋于零,从而使该矩阵近似为对角矩阵,得到全部特征值和特征向量. 1 矩阵的旋转变换 设A为n阶实对称矩阵,考虑矩阵
3. jacob函数
e,作为数学常数,是自然对数函数的底数。有时称它为欧拉数(Euler number),以瑞士数学家欧拉命名;也有个较鲜见的名字纳皮尔常数,以纪念苏格兰数学家约翰·纳皮尔 (John Napier)引进对数。它就像圆周率π和虚数单位i,e是数学中最重要的常数之一。
它的其中一个定义是,其数值约为(小数点后100位):“e ≈ 2.71828 18284 59045 23536 02874 71352 66249 77572 47093 69995 95749 66967 62772 40766 30353 54759 45713 82178 52516 64274”。
第一次提到常数e,是约翰·纳皮尔(John Napier)于1618年出版的对数著作附录中的一张表。但它没有记录这常数,只有由它为底计算出的一张自然对数列表,通常认为是由威廉·奥特雷德(William Oughtred)制作。第一次把e看为常数的是雅各·伯努利(Jacob Bernoulli)。
已知的第一次用到常数e,是莱布尼茨于1690年和1691年给惠更斯的通信,以b表示。1727年欧拉开始用e来表示这常数;而e第一次在出版物用到,是1736年欧拉的《力学》(Mechanica)。虽然以后也有研究者用字母c表示,但e较常用,终于成为标准。
用e表示的确实原因不明,但可能因为e是“指数”(exponential)一字的首字母。另一看法则称a,b,c和d有其他经常用途,而e是第一个可用字母。不过,欧拉选这个字母的原因,不太可能是因为这是他自己名字Euler的首字母,因为他是个很谦虚的人,总是恰当地肯定他人的工作。
以e为底的指数函数的重要方面在于它的函数与其导数相等。e是无理数和超越数(见林德曼—魏尔施特拉斯定理(Lindemann-Weierstrass))。这是第一个获证的超越数,而非故意构造的(比如刘维尔数);由夏尔·埃尔米特(Charles Hermite)于1873年证明。
其实,
超越数主要只有自然常数(e)和圆周率(π)。自然常数的知名度比圆周率低很多,原因是圆周率更容易在实际生活中遇到,而自然常数在日常生活中不常用。
融合e,π的的欧拉公式,也是超越数e的数学价值的最高体现。
自然常数一般为公式中乘方的底数和对数的底。为什么会这样,主要取决于它的来历。
自然常数的来法比圆周率简单多了。它就是当 时函数 值的极限。
即: 。
同时,它也等于。注意, 。
自然常数经常在公式中做对数的底。比如,对指数函数和对数函数求导时,就要使用自然常数。函数 的导数为。函数 的导数为。
因为e=2.7182818284... ,极为接近循环小数2.71828(1828循环),那就把循环小数化为分数271801/99990,所以可以用271801/99990表示为e最接近的有理数约率,精确度高达99.9999999(7个9)% 。
4. Jacobi迭代格式
1. 用雅克比迭代法和高斯--赛德尔迭代法求解下列方程组,取迭代初值[0;0;0]。 (1) 编程求解,并与用数学软件求解的结果对比。 (2) 考察迭代法的收敛性,若均收敛,对比两种方法的收敛速度。 解:源程序: ①雅克比迭代法:建立函数文件jacobi.m function [n,x]=jacobi(A,b,X,nm,w) %用雅克比迭代法求解方程组Ax=b %输入:A为方程组的系数矩阵,b为方程组右端的列向量,X为迭代初值构成的列向量,nm为最大迭代次数,w为误差精度 %输出:x为求得的方程组的解构成的列向量,n为迭代次数 n=1; m=length(A); D=diag(diag(A)); %令A=D-L-U,计算矩阵D L=tril(-A)+D; %令A=D-L-U,计算矩阵L U=triu(-A)+D; %令A=D-L-U,计算矩阵U M=inv(D)*(L+U); %计算迭代矩阵 g=inv(D)*b; %计算迭代格式中的常数项 %下面是迭代过程 while n<=nm x=M*X+g; %用迭代格式进行迭代 if norm(x-X,2)
5. jacobi换元
对二重积分的换元,与定积分不同,不能直接利用微分确定。
面积元素dxdy换为其他的面积元素,用的是雅可比行列式J
6. jacobi变换u,v如何确定
二重积分的概念
Weierstrass函数证明了存在函数处处连续处处不可导。
与定积分概念密切相连:分割,求和,取极限。
分划成为网状分割,每个交点处横截
横截性:函数在P点横截,如果两个切线方程的线性子空间的维数等于2。
模仿定积分,给出二重积分的定义。如果记λ=max{Di的直径}
事实:
有界闭区域上连续的二元函数是可积的。
有界闭区间上分片有界连续函数可积。
性质:
线性空间的性质。
积分区域可加。
不等式保序。
特例|∬f(x,y)dσ|≤∬|f(x,y)|dσ
积分中值定理
重(二重)积分的计算
原则:把二重积分化成累次积分。
直角坐标系下的计算
先积x,y中更整齐的那一维。
先积那一维取决于简便性(菱形例)
我们可以利用累次积分的思路解决复杂定积分的问题。
例 换一个维度进行二重积分,从而把其中的ey2可以先看成常数,便于操作。
I=∫b0dx∫axey2dy=∬Dey2dxdy=∫a0dy∫y0ey2dx=∫a0ey2ydy
然后就可以凑微分
极坐标系下的计算
引入:为了解决高斯积分
适合用二重积分解决的三种典型模型
环形,不规则星形,极点在边界曲线上。(有曲边,能由这几类问题组合而成)
例 由y=x,y=2x,x2+y2=4x,x2+y2=8x围成的面积。
不适合用极坐标的例子
边界非常直的问题(直线的极坐标方程都相对繁琐)。
例 由y=x,y=0,x=1围成的面积
积分区域和被积函数的取舍?
整洁的区域和优美的函数只能选择一个
例 I=∬Ddxdy(a2+x2+y2)32D={(x,y)|0≤x≤a,0≤y≤a}主要矛盾是相对复杂的表达式与有限的计算能力的矛盾。化成极坐标方程下求解。
高斯积分的求解
三重积分
两种求解思路:
先定(x,y)求z坐标区间(外层二重积分)。
先定x坐标,切出一系列平面(内层二重积分)。
对换与轮换
几种坐标变换:
柱坐标(每个面都极坐标)、球坐标(进一步吸纳极坐标只有一个长度量的特性)、一般变换(雅可比式)。
重积分的应用
二重积分:面积,曲顶柱体的体积。
三重积分:体积,两曲面之间的体积。
椭圆型的积分
椭圆型的积分,不采取从负到正的积分限(如果出现这种情况,一般可以直接使用椭圆面积公式,或者是想错了)
通常可以使用广义极坐标变换,这使得极径的上下限极其简明。
轮换
求解重积分时的轮换只能解决类似表达式不复求的问题(比如求柱体转动惯量的x,y分量时)。
与之相较,曲线曲面积分是由等式所决定的,在区域对函数来讲高度对称的时候,使用轮换方法可以化简求解式,从而大大降低复杂度。
例球面x2+y2+z2=a2和平面x+y+z=0的交曲线,若要求∫Lx2ds可以利用13a2ds来考虑
7. 变换的jacobi行列式
rdrdθ 是进行坐标变换的产物.dxdy=rdrdθ ,这是从直角坐标系变换到极坐标系.其中的r是由雅可比行列式计算得出的.也可以直接由面积公式计算,极坐标下ds=rdθ * dr=rdrdθ 之所以只见到rdr,是因为dθ提到前面去了进行等量代换不一定都有几何意义的.f(rcosθ,rsinθ)rdr这种东西的几何意义可以理解为面密度为f(rcosθ,rsinθ)时圆的面积的1/π
8. jacobi变换公式
Jacobi 方法
Jacobi方法是求对称矩阵的全部特征值以及相应的特征向量的一种方法,它是基于以下两个结论
1) 任何实对称矩阵A可以通过正交相似变换成对角型,即存在正交矩阵Q,使得
QT AQ = diag(λ1 ,λ2 ,…,λn ) (3.1)
其中λi(i=1,2,…,n)是A的特征值,Q中各列为相应的特征向量.
2) 在正交相似变换下,矩阵元素的平方和不变.即设A=(aij)n×n ,Q交矩阵,记B=QT AQ=(bij)n×n ,则
Jacobi方法的基本思想是通过一次正交变换,将A中的一对非零的非对角化成零并且使得非对角元素的平方和减小.反复进行上述过程,使变换后的矩阵的非对角元素的平方和趋于零,从而使该矩阵近似为对角矩阵,得到全部特征值和特征向量.
9. Jacobi函数
雅可比行列式就是一种面(体)积的放缩因子。
当有些坐标系中的积分,不方便使用本坐标系来计算,却更易于使用其他坐标系计算时,就需要在积分计算中乘以一个放缩因子,以保证所计算的积分数值一致。
以二维平面为例。有连续可微函数x=x(u,v) , y=y(u,v),由于它的相关积分在 Oxy 平面上不易计算,需要放在 Ouv 平面中进行计算。这时,对于原来积分中的 dxdy ,就需要相应地转写成 dudv 的形式。
- 相关评论
- 我要评论
-