Линейная алгебра и геометрия 2016/2017

Преподаватели и учебные ассистенты

Группа	БПМИ161	БПМИ162	БПМИ163	БПМИ164	БПМИ165	БПМИ166	БПМИ167	БПМИ168
Лектор	Дмитрий Игоревич Пионтковский		Роман Сергеевич Авдеев
Семинарист	Дмитрий Игоревич Пионтковский	Всеволод Леонидович Чернышев		Роман Сергеевич Авдеев	Полина Юрьевна Котенкова		Сергей Александрович Гайфуллин	Станислав Николаевич Федотов
Ассистент	Полина Белопашенцева, Георгий Шумкин		Руслан Хайдуров	Вадим Гринберг	Павел Ковалёв	Наталья Бакайкина	Александр Чернявский	Валерия Старичкова

Расписание консультаций

	Преподаватель/ассистент	понедельник	вторник	среда	четверг	пятница
1	Дмитрий Игоревич Пионтковский	15:30–16:30, ауд. 507	18:30–20, ауд. 507			15:10–16:30, Шаболовка 26, ауд. 5413
2	Всеволод Леонидович Чернышев				16:40–18:00, ауд. 308
3	Роман Сергеевич Авдеев	15:40–17:40, ауд. 623 или 618
4	Полина Юрьевна Котенкова			9:00–10:30, ауд. 322
5	Сергей Александрович Гайфуллин					12:00–14:00, ауд. 607
6	Станислав Николаевич Федотов			13:40–17:00, ауд. 607
7	Полина Белопашенцева				12:10–13:30, ауд. 511
8	Георгий Шумкин				17:40–19.00, ауд. 618
9	Руслан Хайдуров		16:40–19:00, ауд. 308
10	Вадим Гринберг					16:40–18:10, ауд. 308
11	Павел Ковалёв			12:10–13:30, ауд. 310
12	Наталья Бакайкина				18:10–19:30
13	Александр Чернявский				12:00–13:30, ауд. 304
14	Валерия Старичкова			15:40–17:00, ауд. 511

Информация для пилотного потока

Краткое содержание лекций

Лекция 1 (6.09.2016). Геометрия n-мерного арифметического пространства.

Лекция 2 (13.09.2016). Матрицы и основные операции над ними.

Лекция 3 (20.09.2016). Элементарные преобразования строк матриц. Решение системы линейных уравнений методом Гаусса.

Лекция 4 (27.09.2016). Существование и единственность канонического вида матрицы. Обратная матрица.

Лекция 5 (4.10.2016). Обратимость невырожденных матриц. Линейное пространство. Подпространства, линейные оболочки.

Лекция 6 (11.10.2016). Линейная зависимость. Базис и размерность линейного пространства.

Лекция 7 (18.10.2016). Столбцовый и строчный ранг матрицы, теорема об их равенстве. Размерность пространства решений однородной системы линейных уравнений, фундаментальная система решений.

Лекция 8 (1.11.2016). Теорема Кронекера-Капелли. Размерность линейного многообразия. Сумма и пересечение подпространств, связь между их размерностями.

Лекция 9 (8.11.2016). Координаты вектора в заданном базисе. Изоморфизм. Теорема о том, что все пространства одной конечной размерности изоморфны друг другу.

Лекция 10 (15.11.2016). Матрица перехода между двумя базисами. Формула замены координат. Определитель матрицы порядка 2, ориентированная площадь. Подстановки. Знак подстановки. Определитель квадратной матрицы.

Лекция 11 (22.11.2016). Определитель треугольной матрицы. Определитель как полилинейная функция строк. Умножение подстановок. Изменение знака подстановки при умножении на транспозицию. Поведение определителя при элементарных преобразованиях строк матрицы.

Лекция 12 (29.11.2016). Определитель как единственная полилинейная кососимметрическая функция строк матрицы, равная 1 на единичной матрице. Определитель произведения матриц. Определитель с углом нулей. Формула разложения определителя по строке. Знак произведения подстановок и знак обратной подстановки. Определитель транспонированной матрицы.

Лекция 13 (6.12.2016). Приложения определителей: формулы Крамера решения определенной системы линейных уравнений; формула обратной матрицы; определение ранга матрицы через миноры (ранг Фробениуса); форма объема на линейном пространстве.

Лекция 14 (13.12.2016).

Лекция 14 (20.12.2016).

Порядок формирования итоговой оценки

2-й модуль

Накопленная оценка вычисляется по следующей формуле:

O_{накопленная} = 0,2 * O_к/р + 0,1 * O_д/з + 0,3 * O_л + 0,4 * О_колл + 0,1 * O_сем,

где O_к/р — оценка за контрольную работу по итогам первого модуля, O_д/з — оценка за индивидуальные домашние задания, O_л — оценка за сдачу задач из листков, О_колл — оценка за коллоквиум и O_сем — оценка за работу на семинарах.

Итоговая оценка будет выражаться через накопленную оценку и оценку за экзамен следующим образом:

O_{итоговая} = 0,8 * O_{накопленная} + 0,2 * О_экз.

Способ округления итоговой оценки: результат между 3 и 4 округляется до 3, во всех остальных случаях оценка заменяется ближайшим целым числом из интервала от 1 до 10.

Информация для основного потока

Порядок формирования итоговой оценки

2-й модуль

Накопленная оценка будет вычисляться по следующей формуле:

O_{накопленная} = 0,2 * O_к/р + 0,2 * O_д/з + 0,15 * O_л + 0,4 * О_колл + 0,1 * O_сем,

где O_к/р — оценка за контрольную работу, O_д/з — оценка за большие домашние задания, O_л — оценка за сдачу задач из листков, О_колл — оценка за коллоквиум и O_сем — оценка за работу на семинарах.

Итоговая оценка будет выражаться через накопленную оценку и оценку за экзамен следующим образом:

O_{итоговая} = 0,75 * O_{накопленная} + 0,25 * О_экз.

В этой формуле используется неокруглённое значение накопленной оценки.

Способ округления итоговой оценки: результат между 3 и 4 округляется до 3, во всех остальных случаях округление арифметическое.

Краткое содержание лекций

Лекция 1 (5.09.2016). Системы линейных уравнений. Совместные и несовместные системы линейных уравнений. Эквивалентные системы системы линейных уравнений. Расширенная матрица системы линейных уравнений. Элементарные преобразования системы линейных уравнений и соответствующие преобразования строк её расширенной матрицы. Сохранение множества решений системы линейных уравнений при элементарных преобразованиях.

Лекция 2 (12.09.2016). Ступенчатые матрицы. Улучшенный ступенчатый (канонический) вид матрицы. Приведение матрицы к ступенчатому виду элементарными преобразованиями строк. Приведение ступенчатой матрицы к улучшенному ступенчатому виду элементарными преобразованиями строк. Метод Гаусса решения систем линейных уравнений. Главные и свободные неизвестные. Общее решение системы линейных уравнений. Однородные системы линейных уравнений. Существование ненулевого решения у однородной системы линейных уравнений, у которой число неизвестных больше, чем число уравнений.

Лекция 3 (19.09.2016). Матрицы. Равенство матриц. Операции сложения и умножения на скаляр для матриц, свойства этих операций. Пространство R^n, его отождествление с матрицами-столбцами высоты n. Транспонирование матриц, его простейшие свойства. Умножение матриц, примеры. Матричная форма записи системы линейных уравнений.

Лекция 4 (26.09.2016). Основные свойства умножения матриц. Некоммутативность умножения матриц. Диагонали квадратной матрицы. Диагональные матрицы. Умножение на диагональную матрицу. Единичная матрица. Матричные единицы. Умножение на матричную единицу. Реализация элементарных преобразований строк матрицы при помощи умножения слева на подходящую матрицу.

Лекция 5 (3.10.2016). След квадратной матрицы и его свойства. Перестановки и подстановки. Инверсии. Знак и чётность подстановки. Произведение подстановок. Ассоциативность произведения подстановок. Тождественная подстановка. Обратная подстановка. Знак обратной подстановки. Транспозиции, элементарные транспозиции. Изменение знака подстановки при умножении справа на элементарную транспозицию.

Лекция 6 (10.10.2016). Изменение знака подстановки при умножении справа на произвольную транспозицию. Разложение подстановки в произведение транспозиций, а также в произведение элементарных транспозиций. Теорема о знаке произведения подстановок. Определитель квадратной матрицы. Определители порядков 2 и 3. Определитель транспонированной матрицы. Определитель матрицы со строкой (столбцом) нулей. Поведение определителя при умножении строки (столбца) на число и при разложении строки (столбца) в сумму двух строк (столбцов).

Лекция 7 (17.10.2016). Поведение определителя при перестановке двух строк (столбцов). Определитель матрицы, содержащей две одинаковых строки (два одинаковых столбца). Поведение определителя при прибавлении к строке (столбцу) другой, умноженной на число. Верхнетреугольные и нижнетреугольные матрицы, их определители. Определитель с углом нулей. Определитель произведения матриц.

Лекция 8 (31.10.2016). Дополнительные миноры и алгебраические дополнения к элементам квадратной матрицы. Разложение определителя по строке (столбцу). Лемма о фальшивом разложении определителя. Обратная матрица, её единственность. Невырожденные матрицы. Определитель обратной матрицы. Присоединённая матрица. Критерий обратимости квадратной матрицы, явная формула для обратной матрицы. Следствия из критерия обратимости. Матричные уравнения вида AX=B и XA=B, где A -- невырожденная квадратная матрица; единственность решения, нахождение решения при помощи элементарных преобразований. Вычисление обратной матрицы при помощи элементарных преобразований.

Лекция 9 (7.11.2016). Формулы Крамера. Понятие поля. Простейшие примеры. Построение поля комплексных чисел. Алгебраическая форма комплексного числа, его действительная и мнимая части. Комплексное сопряжение. Геометрическая модель комплексных чисел, интерпретация сложения и сопряжения в этой модели. Модуль комплексного числа, его свойства.

Лекция 10 (14.11.2016). Аргумент комплексного числа. Тригонометрическая форма комплексного числа. Умножение, деление и возведение в степень комплексных чисел в тригонометрической форме. Формула Муавра. Извлечение корней из комплексных чисел. Основная теорема алгебры комплексных чисел (без доказательства). Теорема Безу. Кратность корня многочлена. Теорема о том, что всякий многочлен степени n с комплексными коэффициентами имеет ровно n корней с учётом кратностей.

Лекция 11 (21.11.2016). Векторные пространства, простейшие следствия из аксиом. Подпространства векторных пространств. Свойство множества решений однородной системы линейных уравнений. Линейная комбинация конечного набора векторов. Линейная оболочка подмножества векторного пространства и её свойство. Конечномерные и бесконечномерные векторные пространства.

Лекция 12 (28.11.2016). Линейно зависимые и линейно независимые системы векторов. Критерий линейной зависимости конечного набора векторов. Основная лемма о линейной зависимости. Базис векторного пространства, координаты вектора в базисе. Базис как линейно независимая порождающая система. Существование базиса у конечномерного векторного пространства. Независимость числа элементов в базисе векторного пространства от выбора базиса. Размерность конечномерного векторного пространства. Лемма о добавлении вектора к конечной линейной независимой системе.

Листки с задачами

Правила сдачи и оценивания задач из листков:

• каждый пункт в листке считается отдельной задачей
• сдача задачи возможна только при наличии её решения в письменном виде
• результатом сдачи одной задачи может быть 0 или 1

Листок 1. Матричные алгебры Ли

Сроки сдачи листка 1:

до 6 ноября включительно разрешается сдавать любое количество задач;

с 7 по 13 ноября включительно одному студенту разрешается сдать не более шести задач;

13 ноября — последний день приёма задач

Листок 2. Разложения матриц

Сроки сдачи листка 2:

18 декабря — последний день приёма задач

с 12 по 18 декабря включительно одному студенту разрешается сдать не более пяти задач

с 6 по 18 декабря включительно одному студенту разрешается сдать не более десяти задач

Лабораторные работы

Лабораторная работа 1 (2-й модуль)

Срок:

5 декабря 23:30 для групп 164-168

7 декабря 23:30 для группы 163

Условие

Файл с условием представляет собой IPython ноутбук. Выполнять работу нужно прямо в нём. При этом, пожалуйста, не затирайте условий задач или хотя бы их номеров. Задание должно быть выполнено на языке Python.

Готовы лабораторные нужно будет сдавать в систему AnyTask. Инвайты для регистрации на курс:

163	164	165	166	167	168
erCwXX3	FjduzdE	078wQmj	d8Lfn5Y	5JCnwSR	HNJ3zEn

Краткое руководство по работе с системой прилагается.

Для того чтобы начать работать с IPython (Jupyter) ноутбуками, рекомендуется скачать Анаконду (теоретически можно и без неё справиться, но лучше не ищите себе сложностей).

Все вопросы по лабораторной работе можно задавать Станиславу Николаевичу Федотову. Пишите на почту: st-fedotov@yandex-team.ru

Внимание: тема письма должна начинаться с [ФКН - лабораторная 1]

Без этого письмо с некоторой вероятностью может остаться без ответа.

Контрольные работы

2-й модуль

Контрольная работа состоялась 19 ноября в 12:10 в аудиториях 622 и 509.

На контрольной было разрешено иметь с собой только ручку, бумагу и электронное устройство с единственной функцией "калькулятор".

Ниже приведены задачи, которые рекомендовалось прорешивать для подготовки к контрольной. Задачи рассортированы по темам, в скобках указаны номера из задачника Проскурякова.

• Решение систем линейных уравнений [82--89, 567--581, 689--704, 712--720]
• Действия с матрицами [788--798, 801, 805, 822, 824, 836--845, 861--870, 937]
• Подстановки [125, 128, 155, 170, 176, 177, 178, 184]
• Определители 2-го и 3-го порядка [1--12, 43--60]
• Определители произвольного порядка: определение [188--206]
• Вычисление определителей произвольного порядка [257--269, 279, 316]

Коллоквиумы

2-й модуль

Даты коллоквиума: 9 и 10 декабря.

Формат проведения коллоквиума

Этап 1. Студент вытягивает пять бумажек из списка определений/формулировок, ему даётся 10 минут на их написание, после чего один из принимающих проверяет результат. Если результат не выше 3 (из 5), то коллоквиум завершается с оценкой 0. Если результат 4, то студент переходит на этап 2 с несгораемой оценкой 1. Если результат 5, то студент переходит на этап 2 с несгораемой оценкой 2.

Этап 2. Студент вытягивает билет с двумя вопросами из списка вопросов на доказательство, ему даётся 40 минут на подготовку, после чего начинается разговор с принимающим (возможно, другим). По результатам разговора выставляется окончательная оценка.

Начало списка определений и формулировок

Начало списка вопросов на доказательство

Ведомости текущего контроля

1-2 модули

Результаты проверки больших домашних заданий

161	162	163	164	165	166	167	168

Результаты сдачи задач из листков

161	162	163	164	165	166	167	168

Результаты контрольных работ

161	162	163	164	165	166	167	168

Кстати

Единственная (на момент прочтения этого курса) литературная форма множественного числа слова вектор — это ве́кторы.

Литература

Учебники

• А.И. Кострикин. Введение в алгебру. Часть I. Основы алгебры. М.: Физматлит, 1994
• А.И. Кострикин. Введение в алгебру. Часть II. Линейная алгебра. М.: Физматлит, 2000
• Э.Б. Винберг. Курс алгебры. М.: Факториал, 1999 (или любое последующее издание)
• А.А. Михалёв, А.В. Михалёв. Начала алгебры. Часть I. М.: Интернет-университет информационных технологий, 2005
• И.М. Гельфанд. Лекции по линейной алгебре (любое издание, кроме 1-го, например М.: Добросвет, МЦНМО, 1998)

Сборники задач

• И.В. Проскуряков. Сборник задач по линейной алгебре (любое издание, например М.: БИНОМ, 2005)
• Сборник задач по алгебре под редакцией А.Н. Кострикина. Новое издание. М.: МЦНМО, 2009.