Projection

Projection[u,v]

ベクトル u をベクトル v へ射影したものを返す.

Projection[u,v,f]

内積関数 f についての射影を返す.

詳細

  • 通常の実数ベクトル u および v については,射影は であると考えられる.
  • 通常の複素ベクトル u および v については,射影は であると考えられる.ただし,Conjugate[v]である. »
  • Projection[u,v,f]の場合,uv は,内積関数 f がペアに適用された場合に実数の結果を返すような任意の式または式のリストでよい. »
  • Projection[u,v,Dot]は,事実上,uv のすべての要素が実数であると仮定する. »

例題

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  (3)

ベクトル(5, 6, 7)を 軸に射影する:

別のベクトルに射影する:

記号ベクトルを数値ベクトルに射影する:

スコープ  (9)

基本的な用法  (9)

機械精度ベクトルの別のベクトルへの射影を求める:

複素ベクトルの別のベクトルへの射影:

厳密ベクトルの別のベクトルへの射影:

任意精度ベクトルの別のベクトルへの射影:

大きい数値ベクトルの射影は効率的に計算される:

記号ベクトルの射影:

すべての式が実数値であると仮定してDotの内積を与える:

明示的な内積を使ってリストではないベクトルを射影する:

純関数を使って内積を指定する:

アプリケーション  (18)

幾何  (4)

ベクトル をベクトル でスパンされた線上に射影する:

でスパンされた線上へのその射影を可視化する:

ベクトル をベクトルでスパンされた平面上に射影する:

まず,に垂直な平面上のベクトルで置換する:

平面上の射影は とへ の射影の和である:

平面と垂直な成分を求める:

を平面の法線に射影することで結果を確認する:

平面,ベクトル,その平行および垂直成分を可視化する:

Projectionを使って,ベクトル に直角な線についてのベクトル の反射を得る:

Since は直線に直角なので, の2倍を引くと線について が反射される:

ReflectionTransformの結果と比較する:

とその反射を によって2回繰り返される平行移動として可視化する:

フレネ・セレ(FrenetSerret)の系はすべての空間曲線の特性をベクトル基底およびスカラー関数で符号化する.次の曲線(螺旋)について考える:

平行射影を引くことで最初の3つの導関数から正規直交基底を構築する:

基底が右手系であるようにする:

曲線の曲がり方を数量化する曲率 とねじれ を計算する:

FrenetSerretSystemを使って答を確かめる:

曲線と枠とも呼ばれる関連する移動基底を可視化する:

基底分解と行列分解  (3)

グラム・シュミット(GramSchmid)過程を適用して次のベクトルから正規直交基底を構築する:

正規直交規定 の最初のベクトルは,単に正規化された複数の に過ぎない:

続くベクトルについては,前の基底ベクトルの平行の成分は正規化の前に引かれる:

Orthogonalizeを使って答を確認する:

次の行列 の列空間についての正規直交基底を求め,その基底を使って のQR分解を求める:

番目の列であると定義する:

を対応するグラム・シュミット基底の 番目の要素として定義する:

を列が の行列として定義する:

R=TemplateBox[{Q}, Transpose].a とする:

であることを確認する:

QRDecompositionの結果と比較する. 行列は等しい:

QRDecompositionは行正規直交の結果を与えるので, 行列は転置分だけ異なる:

エルミート(Hermite)行列(より一般的には任意の正規行列)の固有ベクトルは直交ベクトルであり,射影行列は p_k=TemplateBox[{{{, {e, _, k}, }}}, Transpose].TemplateBox[{{{, {e, _, k}, }}}, Conjugate]と定義するのが一般的である.ただし,は正規化された固有ベクトルである.一般ベクトル上への射影行列の動作が次の行列 について固有空間へのベクトルの射影と等しいことを示す:

がエルミート行列であることを確認する:

固有値と固有ベクトルを求める:

正規化された固有ベクトルを計算する:

射影行列を計算する:

一般ベクトルを 倍することは へのベクトルの射影に等しいことを確認する:

は正規直交基底を形成するので,の和は恒等行列でなければならない:

さらに,の和はもとの行列 である:

最小二乗と曲線のフィット  (3)

線形系 に解がない場合,最良の近似解は最小二乗解である.それは の解である.ただし, の列空間への の直交射影である.次の について考える:

この線形系には一貫性がない:

をスパンする直交ベクトルを求める.まず, の第1列であるとする:

と垂直な列空間のベクトルであるとする:

でスパンされた空間への の正射影 を計算する:

へのその射影 を可視化する:

を解く:

LeastSquaresを使って結果を確かめる:

Projectionを使ってデータに最もフィットする曲線が求められる.次のデータについて考える:

の座標をデータから抽出する:

TemplateBox[{{{m, ., {{, {a, ,, b}, }}}, -, y}}, Norm] を最小化することが線 にフィットすることになるように が列 を持つとする:

次の2つの直交ベクトルは明らかに の列と同じ空間をスパンしている:

線形最小二乗フィットの係数 を得る:

Fitを使って係数を確かめる:

最もフィットする曲線をデータとともにプロットする:

次のデータに最もフィットする放物線を求める:

の座標をデータから抽出する:

TemplateBox[{{{m, ., {{, {a, ,, b, ,, c}, }}}, -, y}}, Norm]を最小にすることが にフィットすることになるように, が列 を持つとする:

と同じ列空間を持つ正規直交ベクトル を構築する:

最小二乗フィットの係数 を得る:

Fitを使って係数を確認する:

最もフィットする曲線をデータとともにプロットする:

一般内積と関数空間  (5)

正定値実対称行列あるいは測定値 によって内積を定義する:

正定値であるということは,関連する二次形式 のときは正であることを意味する:

Dotそれ自体が恒等行列に関連付けられた内積である点に注意のこと:

グラム・シュミット過程を標準基底に適用して正規直交基底を得る:

基底が内積について正規直交であることを確認する:

フーリエ級数は内積空間 内の特定の基底への射影である.自乗可積分関数で標準の内積を定義する:

のさまざまな整数値についてのを表すとする:

は互いに直交するが正規直交ではない:

関数 のフーリエ級数は によってスパンされた空間への の射影である:

FourierSeriesを使って結果を確かめる:

さらに,FourierParameters{-1,1}に対応するフーリエ級数に等しい:

FourierCoefficientを使って確かめる:

非正規化グラム・シュミットアルゴリズム:

3つのベクトルのランダムなセットにグラム・シュミットを行う:

直交性を確認する.ベクトルが正規化されていないので,結果は一般的な直交行列である:

正実対称行列を使って複素内積を定義する:

グラム・シュミットを3つの複素ベクトルのランダム集合に対して行う:

直交性を確かめる:

LegendrePは直交多項式族を内積 について定義する.正規化されていないグラム・シュミット過程を単項式 は0から4まで)に適用して最初の5つのルジャンドル(Legendre)多項式のスカラー倍を計算する:

を従来のルジャンドル多項式と比較する:

について,TemplateBox[{k, x}, LegendreP]は定数倍数分だけ異なるが,これは2^k TemplateBox[{{1, /, 2}, k}, Pochhammer]/k!はに等しいことが分かる:

正規直交集合を計算する:

正規直交多項式についての明示的な式と比較する:

HermiteHは直交多項式族を内積<f,g>=int_(-infty)^inftyTemplateBox[{{ , f}}, Conjugate] g exp(-x^2)dx について定義する.正規化されていないグラム・シュミット過程を単項式 は0から4まで)に適用して最初の4つのエルミート多項式のスカラー倍を計算する:

従来のエルミート多項式と比較すると 倍小さい:

直交多項式は分母のの倍数分異なる:

正規直交多項式についての明示的な式と比較する:

量子力学  (3)

量子力学では,状態は複素単位ベクトルで表され,物理量はエルミート線形演算子で表される. 固有値は可能な観測値を,固有ベクトルへの射影の2乗ノルムはそれらの観測値の確率を表す.与えられたスピン演算子 と状態 について,可能な観測値とその確率を求める:

固有系を計算する.可能な観測値はである:

相対確率はについてはについてはである:

量子力学では,エネルギー演算子はハミルトニアン と呼ばれ,エネルギー の状態はシュレディンガー方程式 に従って進化する. 方向の一定磁場内のスピン1粒子のハミルトニアンが与えられたとして最初は を表す状態にあった粒子の時点 におけるの状態を求める:

固有系を計算する.エネルギーレベルはおよびである:

時点 における状態はシュレディンガー方程式に従って進化した各固有状態の和である:

ハミルトニアン について, 番目の固有ベクトルは TemplateBox[{n, x}, HermiteH]exp(-(x^2)/2) の定数倍数で,ベクトルの内積は<f,g>=int_(-infty)^infty TemplateBox[{f}, Conjugate]gdx である. 状態 psi=(exp(-x^4))/(sqrt(2 TemplateBox[{{5, /, 4}}, Gamma]))の粒子が最初の4つの固有状態の1つにある確率を求める.まず,内積を定義する:

がこの内積内の単位ベクトルであることを確認する:

最初の4つの状態に射影する.および については,この射影と確率は0である:

確率は射影の二乗ノルムで与えられる.なら90%未満である:

なら9%未満である:

特性と関係  (8)

uv への射影は v 方向である:

v のそれ自体への射影は v の方向である:

一般的なベクトル の場合,射影は ( TemplateBox[{v}, Conjugate].u)/(TemplateBox[{v}, Conjugate].v)v と考えられる:

が実数項を持つならTemplateBox[{{Proj, (, {u, ,, v}, )}}, Norm]=TemplateBox[{u}, Norm]cos(theta) である.ただし, の間の角度である:

ベクトル uv について u-Projection[u,v]v と直交する:

OrthogonalizeProjectionNormalizeを繰り返し適用することで実装できる:

通常のベクトル については,射影は(TemplateBox[{{{, v, }}}, Transpose].TemplateBox[{{{, v, }}}, Conjugate].u)/(TemplateBox[{v}, Conjugate].v)として計算できる:

uv への射影は外積行列を掛けることに等しい:

Wolfram Research (2007), Projection, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/Projection.html (2014年に更新).

テキスト

Wolfram Research (2007), Projection, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/Projection.html (2014年に更新).

CMS

Wolfram Language. 2007. "Projection." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. Last Modified 2014. https://reference.wolfram.com/language/ref/Projection.html.

APA

Wolfram Language. (2007). Projection. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/ref/Projection.html

BibTeX

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