痔になりやすい生活習慣とは?

1.回転行列の固有ベクトルを計算したら、
(1、-i)になってしまいました。(固有値は exp(-iθ))
これって、あってますか?
(ノルムが0というのは、おかしいのでは?)

2.回転行列Aに対応するユニタリ行列の求め方がわかりません。
恐縮ですが、計算の方法をお教え下さい。
q’=UqU†=Aq と置くのはいいでしょうか?

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A 回答 (4件)

>qは、任意の2元ベクトル


行列が作用する状態ベクトルと、位置ベクトルを混同しています。UqU†と書いたときのqは、行列です。これが位置ベクトルであるというなら、X、Yなどの位置座標の行列表示となります。qが状態ベクトルなら、シュレーディンガー表示の波動関数に対応するものです。
なお、回転行列Uはユニタリ行列です。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
よくわかりました。
>回転行列はユニタリ行列です。
確かに、
U=  cos(θ), sin(θ)
   -sin(θ), cos(θ)
U†=cos(θ), -sin(θ)
   sin(θ), cos(θ)
とすると、U・U†は、
  cos2(θ)+sin2(θ), 0
  0    cos2(θ)+sin2(θ)
になりました。
よく考えると、回転は内積を変えませんから、当たり前でした。
 
自分のブログにまとめましたので、よろしければ見て下さい。
http://blogs.yahoo.co.jp/kafukanoochan/59649201. …
尚、独学のため間違いが多いとは思いますが、
「新理論」を作る輩では、ありません。
(まぁ、屁理屈は多いですが)

お礼日時:2009/01/07 23:08

Uが2×2行列、qが2次元ベクトル(2×1行列)でしたら


Uqも2次元ベクトル(2×1行列)ですよね。

これに右から2×2行列のU†をかけることは
行列の計算規則上できないと思います。
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この回答へのお礼

そうなんです。僕もそこがわからないのです。
この式は、量子力学の教科書ならまず載っている式です。
例えば 清水明「新版 量子論の基礎」p127
で、pとqに正準交換関係がある場合、
pが行列ならqは普通の数(変数)にできます。
x軸だけで考えると、q=x です。
したがって、xーy座標なら、
q=(x、y)
としないといけない と思います。

お礼日時:2009/01/07 09:18

ああ, 1の固有ベクトルは OK ですね. すみません.


で2の方ですが, そもそも「回転行列Aに対応するユニタリ行列」というのが謎. 特に「対応する」でどのような意味を持たせたいのかが不明. A に対応して, どのような操作をしたいんでしょうか?

この回答への補足

量子力学では、物理量の変化は「すべてユニタリ変換」で表されます。
(変化しない場合は、単位行列というユニタリ行列)
したがって、「回転もユニタリ変換で表されるはず」
と考えた次第です。
であれば、回転に「対応する」ユニタリ行列があるはず
ではないでしょうか?

補足日時:2009/01/07 08:41
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1 の方: 固有ベクトルは回転角度に依存しませんでしたっけ? あと, 複素ベクトルだからノルムの計算は実ベクトルと異なる方法を使うのが普通だと思います. つまり, 「全要素の絶対値の 2乗和」の平方根をとるのではないかな.


2 の方は q とか U が何を意味するのかわからんのでパス.

この回答への補足

回転行列Aは、以下としています(2次元)
  cos(θ),  sin(θ)
  -sin(θ),  cos(θ)

Uは、ユニタリ行列で、qは、任意の2元ベクトル
です。

補足日時:2009/01/06 11:10
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問題はこんな感じです。
2×2行列式A
A=
|1 -1|
|4 -3|
の固有値と固有ベクトルを求めよ。
(自分の解法)
まず
与式=
|1-t -1|
|4 -3-t|
サラスの方法で展開し、
(1-t)(-3-t) - (-1)・4
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となるので固有値をλ1,λ2として、
λ1=-1,λ2=-1
(ここまではできたのですが、解が重解になってしまいました。固有ベクトルを求める方法ができなくてこまってます。)

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よって
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4x1-2x2 = 0
この二つは同一方程式より、x1 = 2x2
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しかし、答えには、
x1 = αt[1,2]
x2 = βt[1,2] + αt[0,-1]

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A=
|0 0 1|
|0 1 0|
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これは固有値がすべて1になる場合です。
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No.1さんと同様,記号の混乱があるので
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= n - rank(A-λI)

したがって,
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|4 -3|
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A-λI= <<<--- 質問者はここを書き間違えている
|1-(-1) -1 |
|4 -3-(-1)|
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|2 -1|
|4 -2|
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よって,固有空間は1次元
だから,本質的に(1,2)以外に固有ベクトルはないのです.
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A=
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固有空間の次元は1で,計算すれば(1,0,1)を固有ベクトルと
すればよいことが分かります.

重解であろうがどうであろうが,求める方法は同じだから
わざわざ取り上げることはないという話でしょう.

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Q3次元ベクトルをある軸ベクトルで回転させたい

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先ず、中心点(Sx,Sy,Sz)が原点にくるよう全体を平行移動させます。
(一番最後に元に戻します)
始点(Px,Py,Pz)は、(Px-Sx,Py-Sy,Pz-Sz)に移ります。この座標を(Px',Py',Pz')とします。

次に、回転軸ベクトル(Ax Ay Az)を回転させ、x軸に合致させます。それには二回の
回転変換が必要です。
最初に、ベクトル(Ax Ay Az)と、x軸方向単位ベクトル(1 0 0)のなす平面の法線ベクトルが
z軸に合うよう、x軸を回転させます(その角度をφとします)。
すると、回転軸ベクトルはx-y平面上に乗るので、それがx軸に合うよう、z軸を回転させます
(その角度をψとします)。

ベクトル(Ax Ay Az)と、x軸方向単位ベクトル(1 0 0)のなす平面の法線ベクトルは、(0 Az -Ay)。
x軸周りにφ回転させると、このベクトルは、
「1  0    0   「 0  =「      0
0 cosφ -sinφ   Az   Az・cosφ+Ay・sinφ
0 sinφ  cosφ」 -Ay」  Az・sinφ-Ay・cosφ」
で、z軸ベクトルに合うので
「      0      =「0
Az・cosφ+Ay・sinφ  0 
Az・sinφ-Ay・cosφ」  1」
これから、cosφ=-Ay/(Ay^2+Az^2)、sinφ=Az/(Ay^2+Az^2)
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回転軸ベクトル(Ax Ay Az)は、
「1  0    0   「Ax =「      Ax      =「       Ax                   =「Ax 
0 cosφ -sinφ   Ay   Ay・cosφ-Az・sinφ   Ay・{-Ay/(Ay^2+Az^2)}-Az・{Az/(Ay^2+Az^2)}   -1
0 sinφ  cosφ」  Az」   Ay・sinφ+Az・cosφ」  Ay・{Az/(Ay^2+Az^2)}+Az・{-Ay/(Ay^2+Az^2)}」  0」
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つまり、(Ax' Ay' Az')=(Ax -1 0)

始点(Px',Py',Pz')もこの変換を受けるのですが、変換を全部纏めて後、一括変換させます。

今度は、x-y平面上に乗った回転軸ベクトル(Ax' Ay' Az')を、z軸の周りにψ回転させます。
「cosψ -sinψ 0 「Ax'  =「Ax'・cosψ-Ay'・sinψ =「Ax・cosψ+sinψ
sinψ  cosψ 0   Ay'   Ax'・sinψ+Ay'・cosψ   Ax・sinψ-cosψ
  0    0   1」  Az'」       Az'      」     0      」
これが、x軸ベクトルに合うので、
Ax・cosψ+sinψ=1
Ax・sinψ-cosψ=0
これから、cosψ=Ax/(Ax^2+1)、sinψ=1/(Ax^2+1)
∴ ψ=Arctan(1/Ax)

以上の回転の変換の積は、
「cosψ -sinψ 0 「1  0    0   =「cosψ -sinψ・cosφ  sinψ・sinφ
sinψ  cosψ 0   0 cosφ -sinφ   sinψ  cosψ・cosφ -cosψ・sinφ
  0    0   1」  0 sinφ  cosφ」   0     sinφ      cosφ   」

この変換を始点(Px',Py',Pz')に施します。
「cosψ -sinψ・cosφ  sinψ・sinφ  「Px' = 「Px'・cosψ-Py'・sinψ・cosφ+Pz'・sinψ・sinφ
sinψ  cosψ・cosφ -cosψ・sinφ  Py'   Px'・sinψ+Py'・cosψ・cosφ-Pz'・cosψ・sinφ
  0     sinφ      cosφ   」 Pz'」  Py'・sinφ+Pz'・cosφ               」 

この点を(Px”,Py”,Pz”)とします。

さて、ここでx軸に合った回転軸ベクトル(1 0 0)周りに(Px”,Py”,Pz”)を角度θ、回転させます。
「1  0    0   「Px” =「     Px”   
0 cosθ -sinθ   Py”  Py”・cosθ-Pz”・sinθ 
0 sinθ  cosθ」  Pz”」  Py”・sinθ+Pz”・cosθ」

これを(P_x, P_y, P_z)とします。

今度は、回転させた回転軸を元に戻す変換です。
回転の変換の逆行列は、行列各要素の余因子の行と列を入れ替えたものを行列式で割ったもので、
行列式は、(cosψ)^2+(sinψ)^2=1 なので、逆行列は
「 cosψ      sinψ        0  
-sinψ・cosφ  cosψ・cosφ   sinφ
sinψ・sinφ   -cosψ・sinφ  cosφ」

これを、(P_x, P_y, P_z)に施します。
「 cosψ      sinψ        0   「P_x =「P_x・cosψ+P_y・sinψ
-sinψ・cosφ  cosψ・cosφ   sinφ  P_y   -P_x・sinψ・cosφ+P_y・cosψ・cosφ+P_z・sinφ
sinψ・sinφ   -cosψ・sinφ  cosφ」 P_z」  P_x・sinψ・sinφ-P_y・cosψ・sinφ+P_z・cosφ」

結局、θ回転後のP点の座標は、
x座標 : P_x・cosψ+P_y・sinψ
y座標 : -P_x・sinψ・cosφ+P_y・cosψ・cosφ+P_z・sinφ
z座標 : P_x・sinψ・sinφ-P_y・cosψ・sinφ+P_z・cosφ
となります。

ここで、置き換えた変数を順次、元に戻します。
P_x、P_y、P_z を Px”、Py”、Pz” に、
Px”、Py”、Pz” を Px’、Py’、Pz’ に、
最後に、平行移動を戻して Px’、Py’、Pz’ を Px、Py、Pz に直します。

先ず、中心点(Sx,Sy,Sz)が原点にくるよう全体を平行移動させます。
(一番最後に元に戻します)
始点(Px,Py,Pz)は、(Px-Sx,Py-Sy,Pz-Sz)に移ります。この座標を(Px',Py',Pz')とします。

次に、回転軸ベクトル(Ax Ay Az)を回転させ、x軸に合致させます。それには二回の
回転変換が必要です。
最初に、ベクトル(Ax Ay Az)と、x軸方向単位ベクトル(1 0 0)のなす平面の法線ベクトルが
z軸に合うよう、x軸を回転させます(その角度をφとします)。
すると、回転軸ベクトルはx-y平面上に乗るので、それがx軸...続きを読む

Q楕円の変数変換

楕円E:(x/a)^2+(y/b)^2≦1 に関して
面積 ∬_E dxdy を求めるとき、
変数変換 x=ar*cosθ,y=br*sinθ を行うと、楕円 E の r,θ での表示 E' はどのようになるのでしょうか?

Aベストアンサー

E={(x,y)|(x/a)^2+(y/b)^2≦1}
E'={(r,θ|0≦r≦1,-π≦θ<π}
 または
E'={(r,θ|0≦r≦1,0≦θ<2π}
で良いでしょう。

なお、積分の変数変換でヤコビアン|J|を忘れないようにして下さい。
つまり
dxdy=|J|drdθ=abrdrdθ
∫[E] dxdy=∫[E'] abrdrdθ
 =4ab∫[0,π/2] dθ∫[0,1] rdr
 =2πab[r^2/2](r=1)
=πab
ということです。

Q大学院別のTOEICの合格点を教えてください。

大学院入試でTOEICの点数を英語の点数として換算している大学院が多くあると知ったのですが大学院別にどのぐらいが合格点なのでしょうか?
東大の院生の平均点が730というデータはネットでみたのですが他のいろいろな大学院について教授からや友達からの情報でもいいので参考にさせてください。

Aベストアンサー

このサイトに、大学院入試でTOEIC(R)Testを活用する52の大学院が、
国公立、私立別で掲載されており、
ある一定のスコアで、英語の独自試験免除など、詳しい情報が見れます!

参考URL:http://www.toeicclub.net/graduateschool.html

Q行列における固有値、固有ベクトルについて

少しばかり固有値、固有値ベクトルについて、分からないことがあったため質問します。
 
 添付画像に式を示します。

 この式を解くとλ=1という固有値が出ます。しかし、λ=1を行列式に代入すると全てが0になり固有値ベクトルを求めることができません。
 回答のページには、途中計算が省かれているため、過程がわかりません。こういった場合には、どう個体値ベクトルを求めれば良いのか、教えてもらえませんか?

Aベストアンサー

ANo.1です.少し補足を.

この問題を行列の対角化ととらえるとそれはすでに解決しています.単位行列は対角行列ですから.

また,固有ベクトルが何かという問題もすでに解決しています.任意の正則行列Pについて

P^{-1}EP=P^{-1}P=E

ですから,固有ベクトルは任意の一次独立ベクトルの最大セットで,任意の正則行列のすべての列ベクトルセットをとればよいです.

x=(s,t)^Tとしたベクトルは任意の2次元ベクトルですが,これのs,tを2組とって一次独立ベクトルを2つ探してもよいです.
例えば(s,t)=(1,1),(1,-1)として

x_1=(1,1)
x_2=(1,-1)

としてもよいです.無数にあります.しかし,求めろと言われればやはりもっとも簡単なのは基本ベクトルの(1,0)^T,(0,1)^Tの2つだということです.

どれをとるかは質問者様の自由です.

ただ,基本ベクトルの考えは物理学(古典力学や量子力学など)のような応用分野では重要です.

Q回転した座標軸と一致させるための回転軸と角度の算出

こんにちは。お知恵をお借りしたく質問致します。
プログラミング中で出た話題なのですが、計算の問題ですので数学カテゴリが適しているだろうと思い、投稿いたします。

ちょっと説明しにくく図を添付致しましたので併せてご覧いただければと思います。(線がふるえていて申し訳ないです。)

図のように、xyz座標を回転してXYZ座標の向きに一致させたいと考えています。
また、「指定した軸(α,β,γ)を回転軸としてθ度回転する」という関数があるので、それを活用しようと考えています。α,β,γはコサイン値(方向余弦)です。回転方向は、ベクトルの向きに時計回り…右ネジの法則みたいな感じです。

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同様にx軸から見たY(θxY),θyY,θzY、θxZ,θyZ,θzZ
といったように、それらの角度(コサイン値)は分かっています。
(=xyz座標からみたXベクトルの方向余弦、Yベクトルの方向余弦、Zベクトルの方向余弦が分かっている。)

z軸とZ軸の外積を取ったベクトルを回転軸として、θzZが分かっているのでその角度で回転することでZ軸は一致しますけど、XY軸は合いません。(当然ですが…)

そのXY軸を合わせるためにまた回転するというのも遠回りで、任意の軸1本を中心に何度か回転するだけ(上記関数を1度使用するだけ)で、必ず向きが一致する解があると思うのですが、その任意軸と角度を算出する方法が分かりません。

一般にどういう計算をするのでしょうか。アドバイスいただければ幸いです。
なお、上記関数を用いない方法でも構いません。
「X軸(Y軸、Z軸)を回転軸としてφ度回転する」という関数もあるので、オイラー角を求める方法でも構いません。

その他、説明不足な点がありましたら随時追記致しますので、ご指摘願います。
どうかよろしくお願いいたします。

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Aベストアンサー

というかそのままでいいのか。バカだ。。。。

回転前の基底ex, ey, ez,回転後の基底eX, eY, eZとして

eX = cos(θxX) ex + cos(θyX) ey + cos(θzX) ez
eY = cos(θxY) ex + cos(θyY) ey + cos(θzY) ez
eZ = cos(θxZ) ex + cos(θyZ) ey + cos(θzZ) ez

だから,この係数行列がそのまま座標回転行列。
座標回転行列は実直交行列なので,この転置行列が逆行列。

Q行列・対角化可能の条件は?

行列で対角化可能の時の条件を教えて下さい。
問題で固有値、固有ベクトル、対角化可能の場合は対角化する正則行列を求めよ、とあります。
3×3行列で固有値が3つ、全て異なる場合は対角化可能。
固有値が1つ(3重解)の場合は対角化不可。
では、固有値が2つの場合は対角化可能と不可の場合がありますが、これはどのようにして見分けるのでしょうか?
例えば

   -3 -2 -2
B=[ 2  1  2  ]
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 の時、固有値は1、-1(重解)ですが対角化可能です。なぜでしょうか?宜しくお願いします。

Aベストアンサー

きりがないので前後の文脈から書き間違いを訂正してください。

3×3行列が正則行列で対角化可能であるための必要十分条件は「3つの独立な固有ベクトルを持つこと」です。
相異なる3つの固有値を持てば3つの独立な「固有ベクトル」を持つので対角化可能です。

2つの相異なる固有値しか持たない場合の例:
000
010
001
は対角化可能であり
000
011
001
は対角化不可能である。
1つの固有値しか持たない場合:
100
010
001
は対角化可能であり
110
010
001
は対角化不可能である。


従って
固有値が1つ(3重解)の場合は対角化不可。
はうそです。

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
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また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Q加速度と角加速度の関係について

速度と角速度の関係は
中心から質点までの距離がr,質点の速度がv,とすると
角速度ω=v/r [rad/s]
になると思うのですが,
加速度と角加速度の関係は
中心から質点までの距離がr,質点の加速度がa,とすると
角速度α=a/r [rad/s^2]
となるのでしょうか?
ご教示よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

半径rが定数とすれば、その通りです。
加速度、角加速度はそれぞれ速度、角速度の単位時間の変化量(時間微分)ですので、加速度は「a=dv/dt」、角加速度は「α=dω/dt」と表せます。
同時に、角速度の式「ω=v/r」の両辺を時間で微分すれば「dω/dt=(dv/dt)/r」となり、この式はすなわち「α=a/r」となります。
ただし半径rそのものが時間関数r(t)の場合はこの限りではありません。


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