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A =
\begin{pmatrix}
1 & x_0 & x_0^2 & \dots & x_0^n\\\\
1 & x_1 & x_1^2 & \dots & x_1^n\\\\
1 & x_2 & x_2^2 & \dots & x_2^n\\\\
\vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\\\
1 & x_n & x_n^2 & \dots & x_n^n
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Costruiamo il ",l("b",null,"vettore delle incognite"),":"),l(a.q,null,F(m||(m=R`
x =
\begin{pmatrix}
a_0\\\\
a_1\\\\
a_2\\\\
\vdots\\\\
a_n
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Costruiamo il ",l("b",null,"vettore dei termini noti"),":"),l(a.q,null,F(_||(_=R`
b =
\begin{pmatrix}
y_0\\\\
y_1\\\\
y_2\\\\
\vdots\\\\
y_n
\end{pmatrix}
`))),l(o.a,null,"Per trovare il polinomio di interpolazione è sufficiente risolvere il problema!"),l("p",null,"È efficace perchè una volta calcolati i coefficienti essi ",l("b",null,"valgono per tutti i punti"),", ma ha come svantaggio che la matrice di Vandermonde è ",l("b",null,"spesso malcondizionata."))),l(a.r,{title:"Metodo di Lagrange"},l("p",null,"È possibile scrivere il polinomio di interpolazione ",l("b",null,"raccogliendo le ",l(a.i,null,F(b||(b=R`y`)))),":"),l(a.q,null,F(f||(f=R`p_n (x) = y_0 L_0 + y_1 L_1 + y_2 L_2 + \dots + y_n L_n`))),l("p",null,"I polinomi ",l(a.i,null,F(g||(g=R`L_k`)))," sono detti ",l("b",null,"polinomi di Lagrange"),", e hanno le seguenti proprietà:"),l("ul",null,l("li",null,"Valgono ",l(a.i,null,"1")," in corrispondenza del nodo con lo stesso indice, ",l(a.i,null,"0")," in corrispondenza dei nodi con indice diverso e ",l(a.i,null,F(z||(z=R`0 < n < 1`)))," in tutti gli altri casi.",l(a.q,null,F(h||(h=R`
\begin{cases}
L_k(x_k) = 1 \qquad (nel\ nodo)\\
L_k(x_j) = 0 \qquad (altri\ nodi)
\end{cases}
`)))),l("li",null,"Si compongono con questo prodotto:",l(a.q,null,F(x||(x=R`L_k = \frac{(x - x_0) \cdot \dots \cdot (x - x_{k-1}) \cdot (x - x_{k+1}) \cdot \dots \cdot (x_k - x_n)}{(x_k - x_0) \cdot \dots \cdot (x_k - x_{k-1}) \cdot (x_k - x_{k+1}) \cdot \dots \cdot (x_k - x_n)}`))))),l(o.a,null,"Non c'è il termine con ",l(a.i,null,F(v||(v=R`x_k`))),"!"),l("p",null,"Tutti insieme formano la ",l("b",null,"base di Lagrange"),"."),l(o.a,null,"Si chiama base perchè sono ",l("b",null,"linearmente indipendenti"),"!"),l("p",null,"Questo metodo permette di calcolare il valore del polinomio di interpolazione ",l("b",null,"in un singolo punto"),":"),l(o.a,null,l("p",null,"Si può risparmiare tempo di calcolo calcolando una singola volta il numeratore con ",l("i",null,"tutti")," i termini:"),l(a.q,null,F(q||(q=R`\omega_n = (x - x_0) \cdot (x - x_1) \cdot \dots \cdot (x - x_n)`))),l("p",null,"E poi dividendo per il termine che andrebbe escluso:"),l(a.q,null,F(k||(k=R`L_k(x) = \frac{ \omega_n }{ (x - x_k) \cdot \prod_{i=0, i \neq k} (x_k - x_i) }`)))),l("p",null,"Ha costo computazionale ",l(a.i,null,F(L||(L=R`O(n^2)`))),"."))),l(a.s,{title:"Resto di interpolazione"},l(a.r,{title:"Definizione"},l("p",null,"È l'",l("b",null,"errore compiuto durante l'interpolazione"),"."),l("p",null,"Se la funzione ",l(a.i,null,"f")," è interpolata da ",l(a.i,null,"p_n"),", allora esso varrà:"),l(a.q,null,F(A||(A=R`R_n(x) = f(x) - p_n(x)`))),l("p",null,"In particolare, è interessante la sua norma a infinito, ",l(a.i,null,F(S||(S=R`\| f - p_n \|_\infty`))),", che corrisponde alla distanza massima tra le due funzioni."),l("p",null,"Un teorema dice che esso è uguale a:"),l(a.q,null,F(y||(y=R`R_n(x) = \frac{ \omega_n(x) }{ (n + 1)! } \cdot f^{(n+1)}(\xi)`)))),l(a.r,{title:"Stima"},l("p",null,"L'errore nell'interpolazione dipende principalmente da due fattori:"),l("ul",null,l("li",null,"Come sono ",l("b",null,"distribuiti sull'asse X")," i punti da interpolare"),l("li",null,"Il grado del polinomio di interpolazione")))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Fenomeno di Runge"},l("p",null,"Fenomeno che si verifica cercando di interpolare la ",l("i",null,"funzione di Runge")," (",l(a.i,null,F(C||(C=R`\frac{1}{1 + 25x^2}`))),")."),l("p",null,"Scegliendo ",l("b",null,"nodi equispaziati"),", l'errore di interpolazione sarà ",l("b",null,"enorme")," vicino ai due estremi dell'intervallo."),l(o.a,null,"Addirittura, più nodi verranno scelti, più esso sarà alto!"),l("p",null,"Si evita scegliendo i nodi in una maniera diversa.")),l(a.r,{title:"Nodi di Chebychev"},l("p",null,"Nodi ottenuti partizionando una ",l("b",null,"semicirconferenza"),", e proiettando le partizioni sul diametro."),l("p",null,"La formula usata per ottenere ",l(a.i,null,F(w||(w=R`n`)))," punti è:"),l(a.q,null,F(I||(I=R`x_i = \cos \left( \frac{ (2 \cdot i + 1) \cdot \pi }{ 2 \cdot (n+1) } \right)`))),l("p",null,l("u",null,"Proprietà di min-max"),": sono la ",l("b",null,"scelta ottimale")," dei punti di interpolazione."),l(a.q,null,F(O||(O=R`\omega_n(\star) = \max_{x \in [a, b]} \left| \omega_n(x) \right|`))),l("p",null,"In particolare, si ha che:"),l(a.q,null,F(G||(G=R`\omega_n(\star) = 2 \left( \frac{b-a}{4} \right)^{n+1}`))))))}}).call(this,n("hosL").h)},"5aVd":function(l){l.exports={menulist:"menulist__2Cmnq"}},FEtp:function(l,i,n){"use strict";(function(l){var e=n("hosL"),a=n("mbOI"),o=n("ke5e");let t,r,u,s,c,d,p,m,_,b,f,g,z,h,x,v,q,k,L,A,S,y,C,w,I,O,G,R,F,P,M,E,U,Q,N,T,D,Y,H,j,V,J,X,B,Z,K,W,$,ll,il,nl,el,al,ol,tl,rl,ul,sl,cl=l=>l;const dl=String.raw;i.a=function(){return l(e.Fragment,null,l(a.s,{title:"Problema: Ricerca degli zeri di funzione"},l(a.r,{title:"Descrizione"},l("p",null,"Si vogliono trovare i punti (",l("i",null,"zeri"),") in cui una funzione ",l("b",null,"continua")," ",l(a.i,null,"f : [a, b] \\to R")," vale ",l(a.i,null,"0"),"."),l("p",null,"Per il ",l("b",null,"teorema del valore medio"),", se ",l(a.i,null,dl(t||(t=cl`f(a) \cdot f(b) \leq 0`))),", allora esiste sicuramente un punto in cui la funzione vale 0."),l("p",null,"Denominiamo il punto in cui la f
\forall \ i \in \{0,\ \dots\ ,\ m - 1\},\
\begin{cases}
s_i (x_{i+1}) = s_{i+1} (x_{i+1})\\\\
s'_i (x_{i+1}) = s'_{i+1} (x_{i+1})\\\\
s''_i (x_{i+1}) = s''_{i+1} (x_{i+1})
\end{cases}
`))),l(a.q,null,E(z||(z=M`
\forall \ i \in \{0,\ \dots\ ,\ m + 1\},\
\begin{cases}
s_i(x_i) = y_i
\end{cases}
`))),l("p",null,"Esse hanno la seguente equazione:"),l(a.q,null,E(h||(h=M`s_i(x) = \alpha_i + \beta_i \ ( x - x_i ) + \gamma_i \ ( x - x_i )^2 + \delta_i \ ( x - x_i )^3`))),l(o.a,null,"Spesso si indica con ",l(a.i,null,E(x||(x=M`h`)))," la distanza orizzontale tra due punti di un sottointervallo."))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Spline cubica vincolata"},l("p",null,"Classe di spline cubiche in cui:"),l("ul",null,l("li",null,l(a.i,null,E(v||(v=M`\beta_0`)))," e ",l(a.i,null,E(q||(q=M`\beta_{m+1}`)))," sono prefissati")),l("p",null,"È ",l("b",null,"unica"),"."),l("p",null,"Forma il seguente sistema di equazioni:"),l(a.q,null,E(k||(k=M`T z = c`))),l(a.q,null,E(L||(L=M`
b_i = h_{i+1} \beta_i + 2 ( h_i + h_{i+1} ) + h_{i} \beta_i+2
`))),l(a.q,null,E(A||(A=M`
T =
\begin{pmatrix}
2 (h_0 + 2 h_1) & h_0 & {\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} \\\\
h_2 & 2 (h_1 + h_2) & h_1 & {\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} \\\\
{\color{Gray} 0} & \ddots & \ddots & \ddots & {\color{Gray} 0} \\\\
{\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} & h_{m-1} & 2 (h_{m-2} + h_{m-1}) & h_{m-2} \\\\
{\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} & {\color{Gray} 0} & h_m & 2 (h_{m-1} + h_m)
\end{pmatrix}
`))),l(a.q,null,E(S||(S=M`
z =
\begin{pmatrix}
\beta_1\\\\
\beta_2\\\\
\vdots\\\\
\beta_{m-1}\\\\
\beta_{m}
\end{pmatrix}
`))),l(a.q,null,E(y||(y=M`
c =
\begin{pmatrix}
b_0 - h_1 \beta_0\\\\
b_1\\\\
\vdots\\\\
b_{m-2}\\\\
b_{m-1} - h_{m-1} \beta_{m+1}
\end{pmatrix}
`))))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Spline cubica naturale"},l("p",null,"Classe di spline cubiche in cui:"),l("ul",null,l("li",null,l(a.i,null,E(C||(C=M`s''(x_0) = s''(x_{m+1}) = 0`))))),l("p",null,"È ",l("b",null,"unica"),".")),l(a.r,{title:"Spline cubica periodica"},l("p",null,"Classe di spline cubiche in cui:"),l("ul",null,l("li",null,l(a.i,null,E(w||(w=M`s(x) = s(m+1)`)))),l("li",null,l(a.i,null,E(I||(I=M`s'(x) = s'(m+1)`)))),l("li",null,l(a.i,null,E(O||(O=M`s''(x) = s''(m+1)`))))),l("p",null,"È ",l("b",null,"unica"),".")),l(a.r,{title:"Spline cubica not-a-knot"},l("p",null,"Classe di spline cubiche in cui:"),l("ul",null,l("li",null,"Negli intervalli ",l(a.i,null,E(G||(G=M`[x_0, x_2]`)))," e ",l(a.i,null,E(R||(R=M`[x_{m-1}, x_{m+1}]`)))," si presenta ",l("b",null,"obbligatoriamente")," un polinomio di ",l("b",null,"grado 3"),".")),l("p",null,"È ",l("b",null,"unica"),"."))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Proprietà di minima curvatura"},l("p",null,'Tra tutte le funzioni che interpolano dei punti, le tre classi di funzioni sopraelencate sono quelle che interpolano la funzione più "dolcemente".'),l("p",null,"Per loro è valida la seguente proprietà:"),l(a.q,null,E(F||(F=M`\int_a^b ( s''(x) )^2 dx \leq \int_a^b ( f''(x) )^2 dx`)))),l(a.r,{title:"Errore di interpolazione"},l("p",null,"Più diminuisce la lunghezza ",l(a.i,null,E(P||(P=M`h`)))," degli intervalli, più aumenta l'accuratezza."),l("p",null,l("b",null,"Non")," si verifica il fenomeno di Runge."),l("p",null,"Si ha un'interpolazione anche della ",l("b",null,"derivata prima"),"."))))}}).call(this,n("hosL").h)},T2GU:function(l,i,n){"use strict";(function(l){var e=n("5aVd"),a=n.n(e);i.a=function(i){return l("ul",{class:a.a.menulist},i.children)}}).call(this,n("hosL").h)},ke5e:function(l,i,n){"use strict";(function(l){var e=n("2w3n"),a=n.n(e);i.a=function(i){return l("div",{class:a.a.example},i.children)}}).call(this,n("hosL").h)},lijF:function(l,i,n){"use strict";(function(l){var e=n("mbOI"),a=n("YNhk"),o=n("ke5e"),t=n("hosL");let r,u,s,c,d,p,m,_,b,f,g,z,h,x,v,q,k,L,A,S,y,C,w,I,O,G,R,F,P,M,E,U,Q,N,T,D,Y,H,j,V,J,X,B,Z,K,W,$,ll,il,nl,el,al,ol,tl,rl,ul,sl,cl,dl,pl,ml,_l,bl,fl,gl,zl,hl,xl,vl,ql,kl,Ll,Al,Sl,yl,Cl,wl,Il,Ol,Gl,Rl,Fl,Pl,Ml,El=l=>l;const Ul=String.raw;i.a=function(){return l(t.Fragment,null,l(e.s,{title:"Problema: Risoluzione di sistemi lineari"},l(e.r,{title:"Descrizione"},l("p",null,"Dato un sistema di equazioni lineari, si vuole trovare la sua soluzione."),l("p",null,"In forma matriciale, avrà una ",l("b",null,"matrice dei coefficienti")," ",l(e.i,null,Ul(r||(r=El`A`))),", un ",l("b",null,"vettore dei termini noti")," ",l(e.i,null,Ul(u||(u=El`b`)))," e un ",l("b",null,"vettore delle incognite"),l(e.i,null,Ul(s||(s=El`x`))),"."),l("p",null,"L'equazione matriciale del sistema è:"),l(e.q,null,Ul(c||(c=El`A \cdot x = b`)))),l(e.r,{title:"Condizionamento"},l("p",null,"Il condizionamento della risoluzione di sistemi lineari è:"),l(e.q,null,Ul(d||(d=El`\frac{{\color{yellow} \|A\| \cdot \|A^{-1}\|} \cdot \| \Delta b \|}{\| b \|}`))),l("p",null,"In particolare, è segnato in giallo nella formula il ",l("b",null,"numero di condizionamento"),":"),l(e.q,null,Ul(p||(p=El`k(A) = \| A \| \cdot \| A^{-1} \|`))))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Metodi diretti"},l("p",null,"Metodi che trovano la soluzione esatta",l("abbr",{title:"Per quanto possibile nell'algebra di macchina."},"*")," di un sistema lineare."),l("p",null,"Tipicamente prevedono la ",l("b",null,"fattorizzazione")," della matrice dei coefficienti in due sottomatrici più facili da risolvere."),l("p",null,"Generalmente hanno una complessità temporale ",l(e.i,null,Ul(m||(m=El`O(n^3)`))),".")),l(e.r,{title:"Metodi iterativi"},l("p",null,"Metodi che trovano una soluzione imperfetta",l("abbr",{title:"Che però può essere la migliore ottenibile, considerando la precisione di macchina."},"*")," di un sistema lineare."),l("p",null,"Tipicamente prevedono l'applicazione ripetuta di un ",l("b",null,"metodo"),", in base al quale cambia la ",l("b",null,"velocità di convergenza")," alla soluzione."),l("p",nu
\begin{cases}
L_{ii} = 1 \qquad \qquad (diagonale)\\
L_{ik} = -\frac{A_{ik}}{A_{kk}} \qquad (tri.\ infer.)
\end{cases}
`))),l(o.a,null,"Sono i moltiplicatori usati per rendere annullare il triangolo inferiore!"),l("p",null,"La matrice ",l(e.i,null,Ul(A||(A=El`U`)))," è così composta:"),l(e.q,null,Ul(S||(S=El`
\begin{cases}
U_{ik} = A_{ik} \quad se\ i \leq k \quad (tri.\ super.)\\
U_{ik} = 0 \qquad se\ i > k \quad (tri.\ infer.)
\end{cases}
`))),l(o.a,null,"È la parte triangolare superiore di ",l(e.i,null,Ul(y||(y=El`A`))),"!"),l("p",null,"Il sistema può essere poi risolto applicando due volte il metodo di sostituzione (all'avanti e all'indietro):"),l(e.q,null,Ul(C||(C=El`
\begin{cases}
L \cdot y = b\\
U \cdot x = y
\end{cases}
`))),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(w||(w=El`{\color{Yellow} O\left(\frac{n^3}{3}\right)} + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`)))),l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(I||(I=El`LU`)))," con pivoting parziale")},l("p",null,"È possibile applicare la fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(O||(O=El`LU`)))," a ",l("b",null,"qualsiasi matrice non-singolare")," permettendo lo scambio (",l("i",null,"pivoting"),") delle righe, potenzialmente ",l("b",null,"aumentando la stabilità")," dell'algoritmo."),l(o.a,null,"Abbiamo fatto questo metodo in Algebra Lineare, chiamandolo ",l("b",null,"metodo di Gauss-Jordan"),"!"),l("p",null,"Alla formula precedente si aggiunge una ",l("b",null,"matrice di permutazione")," che indica quali righe sono state scambiate:"),l(e.q,null,Ul(G||(G=El`P \cdot A = L \cdot U`))),l("p",null,"Per massimizzare la stabilità, si cerca di ",l("b",null,"usare come perno l'elemento più grande")," della colonna."),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(R||(R=El`{\color{Yellow} O\left(\frac{n^2}{2}\right)} + O\left(\frac{n^3}{3}\right) + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`)))),l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(F||(F=El`LU`)))," con pivoting totale")},l("p",null,"È possibile anche permettere il ",l("i",null,"pivoting")," ",l("b",null,"sulle colonne")," per ",l("b",null,"aumentare ulteriormente la stabilità")," dell'algoritmo, a costo di maggiore costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(P||(P=El`P \cdot A \cdot Q = L \cdot U`))),l("p",null,"Per massimizzare la stabilità, si cerca di ",l("b",null,"ordinare in modo decrescente la diagonale"),", assicurandoci che il primo perno sia più grande del secondo e così via."),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(M||(M=El`{\color{Yellow} O\left(\frac{n^3}{3}\right)} + O\left(\frac{n^3}{3}\right) + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`))))),l(e.s,null,l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(E||(E=El`LU`)))," a banda")},l("p",null,"Se la matrice ",l(e.i,null,Ul(U||(U=El`A`)))," è ",l("b",null,"a banda"),", è possibile risparmiare spazio durante la fattorizzazione, in quanto sia ",l(e.i,null,Ul(Q||(Q=El`L`)))," sia ",l(e.i,null,Ul(N||(N=El`U`)))," saranno a banda!")),l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(T||(T=El`LU`)))," sparsa")},l("p",null,"Se la matrice ",l(e.i,null,Ul(D||(D=El`A`)))," è ",l("b",null,"sparsa"),", non è detto che ",l(e.i,null,Ul(Y||(Y=El`L`)))," e ",l(e.i,null,Ul(H||(H=El`U`)))," siano sparse a loro volta."),l("p",null,"Per evitare il ",l("u",null,"fill-in"),", è necessario ",l("b",null,"riordinare")," la matrice ",l(e.i,null,Ul(j||(j=El`A`)))," in modo che sia il più possibile simile a una matrice a banda."))),l(e.s,null,l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(V||(V=El`LDL^{-1}`))))},l("p",null,"È possibile ",l("b",null,"ridurre la complessità computazionale")," della fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(J||(J=El`LU`)))," se la matrice dei coefficienti è ",l("b",null,"simmetrica"),":"),l(e.q,null,Ul(X||(X=El`A = L \cdot D \cdot L^{-1}`))),l("p",null,"In questo caso, si calcola solo la matrice L, utilizzando il ",l("b",null,"metodo di pavimentazione"),"."),l(e.q,null,Ul(B||(B=El`
\begin{cases}
d_{ii} = A_{ii} - \sum_{k=1}^{i-1} ( d_{kk} \cdot (l_{jk})^2 )\\
\\
l_{ij} = \frac{A_{ij} - \sum_{k=1}^{j-1} l_{ik} \cdot d_{kk} \cdot l_{jk}}{d_{ii}}
\end{cases}
`))),l(o.a,null,l("p",null,"La prima colonna della matrice sarà:"),l(e.q,null,Ul(Z||(Z=El`
\begin{cases}
d_{11} = A_{11}\\
\\
l_{i1} = \frac{A_{i1}}{d_{11}}
\end{cases}
`))),l("p",null,"La seconda colonna della matrice sarà:"),l(e.q,null,Ul(K||(K=El`
\begin{cases}
d_{22} = A_{22} - d_{11} \cdot (l_{21})^2\\
\\
l_{i2} = \frac{A_{i2} - l_{i1} \cdot d_{11} \cdot l_{21}}{d_{ii}}
\end{cases}
`)))),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(W||(W=El`{\color{Yellow} O\left(\frac{n^3}{6}\right)} + O\left(\frac{n^3}{3}\right) + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`)))),l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul($||($=El`\mathcal{L} \mathcal{L}^{-1}`))))},l("p",null,"È possibile dare ",l("b",null,"stabilità forte")," alla fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(ll||(ll=El`LDL^{-1}`)))," se la matrice dei coefficienti è ",l("b",null,"simmetrica definita positiva"),":"),l(e.q,null,Ul(il||(il=El`A = \mathcal{L} \cdot \mathcal{L}^{-1}`))),l("p",null,"Il ",l("b",null,"metodo di pavimentazione")," diventa:"),l(e.q,null,Ul(nl||(nl=El`
\begin{cases}
l_{ii} = \sqrt{A_{ii} - \sum_{k=1}^{i-1} (l_{ik})^2 }\\
\\
l_{ij} = \frac{A_{ij} - \sum_{k=1}^{j-1} l_{ik} \cdot l_{jk}}{l_{ii}}
\end{cases}
`))),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(el||(el=El`O\left(\frac{n^3}{3}\right) + O\left(\frac{n^3}{3}\right) + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`))))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Trasformazione di Householder"},l("p",null,"Matrice ricavata dalla seguente formula, dove ",l(e.i,null,Ul(al||(al=El`v`)))," è la colonna di un'altra matrice:"),l(e.q,null,Ul(ol||(ol=El`U(v) = \mathbf{I} - \frac{2 \cdot v \cdot v^T}{\| v \|_{(2)}^2}`))),l("p",null,"Se moltiplicata per per la matrice da cui proviene ",l(e.i,null,Ul(tl||(tl=El`v`))),", sostituirà la colonna ",l(e.i,null,Ul(rl||(rl=El`v`)))," con la colonna:"),l(e.q,null,Ul(ul||(ul=El`
\begin{pmatrix}
- \| v \|\\\\
0\\\\
0\\\\
\vdots\\\\
0
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Si calcola con una complessità computazionale nell'ordine di ",l(e.i,null,Ul(sl||(sl=El`O(n)`))),".")),l(e.r,{title:l("span",null,"Fattorizzazione ",l(e.i,null,Ul(cl||(cl=El`QR`))))},l("p",null,"Metodo che fornisce una ",l("b",null,"maggiore stabilità")," a costo di una ",l("b",null,"maggiore complessità computazionale"),"."),l("p",null,"La matrice ",l(e.i,null,Ul(dl||(dl=El`A`)))," viene ",l("i",null,"fattorizzata")," in due matrici, una ",l("b",null,"ortogonale")," ",l(e.i,null,Ul(pl||(pl=El`Q`)))," e una ",l("b",null,"triangolare superiore"),l(e.i,null,Ul(ml||(ml=El`R`))),":"),l(e.q,null,Ul(_l||(_l=El`A = Q \cdot R`))),l("p",null,"Le matrici si ottengono dal ",l("b",null,"prodotto delle trasformazioni di Householder")," (che concatenate formano ",l(e.i,null,Ul(bl||(bl=El`Q`))),") sulla matrice ",l(e.i,null,Ul(fl||(fl=El`A`)))," necessarie a trasformarla in una matrice triangolare superiore (",l(e.i,null,Ul(gl||(gl=El`R`))),")."),l(o.a,null,"C'è un bell'esempietto ",l(a.a,{href:"https://web.archive.org/web/20200828003151/https://rpubs.com/aaronsc32/qr-decomposition-householder"},"qui"),"."),l("p",null,"Una volta fattorizzata, il sistema si può risolvere con:"),l(e.q,null,Ul(zl||(zl=El`
\begin{cases}
y = Q^T \cdot b\\
R \cdot x = y
\end{cases}
`))),l("p",null,"Questo metodo ha costo computazionale:"),l(e.q,null,Ul(hl||(hl=El`{\color{Yellow} O\left(\frac{2 \cdot n^3}{3}\right)} + 2 \cdot O\left(\frac{n^2}{2}\right)`))))),l(e.s,{title:"Metodi iterativi"},l(e.r,{title:"Forma generale"},l("p",null,"Se si pone che:"),l(e.q,null,Ul(xl||(xl=El`
\begin{cases}
G = I - M^{-1} \cdot A\\
c = M^{-1} \cdot b
\end{cases}
`))),l("p",null,"Allora la formula generale di un sistema lineare può anche essere scritta in questo modo:"),l(e.q,null,Ul(vl||(vl=El`x = G \cdot x + c`))),l("p",null,"È particolarmente utile perchè ci permette di definire un ",l("b",null,"algoritmo ricorsivo")," che trovi ",l(e.i,null,Ul(ql||(ql=El`x`))),":"),l(e.q,null,Ul(kl||(kl=El`x_{(i+1)} = G \cdot x_{(i)} + c`))),l("p",null,l(e.i,null,Ul(Ll||(Ll=El`G`)))," è il ",l("b",null,"metodo"),", e in base ad esso cambiano stabilità e velocità di convergenza."),l("p",null,"Ponendo ",l(e.i,null,Ul(Al||(Al=El`A = M - N`))),", la formula può essere scritta anche in questo modo:"),l(e.q,null,Ul(Sl||(Sl=El`M \cdot x_{(i+1)} = N \cdot x_{(i)} + b`))),l("p",null,"Possiamo ottenere alcuni metodi separando ",l(e.i,null,"A")," in tre matrici:"),l("ul",null,l("li",null,"La parte diagonale ",l(e.i,null,Ul(yl||(yl=El`D`)))),l("li",null,"L'opposto del triangolo inferiore ",l(e.i,null,Ul(Cl||(Cl=El`E`)))),l("li",null,"L'opposto del triangolo superiore ",l(e.i,null,Ul(wl||(wl=El`F`))))),l(e.q,null,Ul(Il||(Il=El`A = D - E - F`)))),l(e.r,{title:"Convergenza di un metodo"},l("p",null,"Un metodo è convergente se e solo se:"),l(e.q,null,Ul(Ol||(Ol=El`\rho (M) < 1`))),l("p",null,"(dove ",l(e.i,null,Ul(Gl||(Gl=El`\rho`)))," è il ",l("b",null,"raggio spettrale"),", il massimo autovalore della matrice)"),l("p",null,"Perchè un metodo sia convergente, è sufficiente che:"),l(e.q,null,Ul(Rl||(Rl=El`\| M \| < 1`))))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Metodo di Jacobi"},l("p",null,"Il metodo di Jacobi si ottiene ponendo:"),l(e.q,null,Ul(Fl||(Fl=El`
\begin{cases}
M = D\\
N = E + F
\end{cases}
`))),l("p",null,l("u",null,"Spostamenti simultanei"),": Permette di ottenere ogni componente di ",l(e.i,null,Ul(Pl||(Pl=El`x`)))," indipendentemente dagli altri: è ",l("b",null,"parallelizzabile"),"."),l("p",null,"Se la matrice è ",l("b",null,"diagonale dominante"),", allora il metodo di Jacobi ",l("b",null,"converge")," sicuramente.")),l(e.r,{title:"Metodo di Gauss-Seidel"},l("p",null,"Il metodo di Gauss-Seidel si ottiene ponendo:"),l(e.q,null,Ul(Ml||(Ml=El`
\begin{cases}
M = D - E\\
N = F
\end{cases}
`))),l("p",null,"Ha una velocità di convergenza ",l("b",null,"maggiore o uguale")," rispetto al metodo di Jacobi."),l("p",null,l("u",null,"Spostamenti successivi"),": Non è parallelizzabile, perchè ogni componente ",l("b",null,"dipende da quelle calcolate in precedenza"),"."),l("p",null,"Se la matrice è ",l("b",null,"diagonale dominante"),", allora il metodo di Gauss-Seidel ",l("b",null,"converge")," sicuramente."))))}}).call(this,n("hosL").h)},qXt2:function(l,i,n){"use strict";n.r(i),function(l){var e=n("sl5E"),a=n("lijF"),o=n("FEtp"),t=n("31Ft"),r=n("LHkx"),u=n("uqDQ");i.default=function(){return l("div",null,l("h1",null,"Calcolo Numerico"),l(e.a,null),l(a.a,null),l(o.a,null),l(t.a,null),l(r.a,null),l(u.a,null))}}.call(this,n("hosL").h)},sl5E:function(l,i,n){"use strict";(function(l){var e=n("mbOI"),a=n("YNhk"),o=n("T2GU"),t=n("ke5e"),r=n("hosL");let u,s,c,d,p,m,_,b,f,g,z,h,x,v,q,k,L,A,S,y,C,w=l=>l;const I=String.raw;i.a=function(){return l(r.Fragment,null,l(e.s,{title:"Esame"},l(e.r,{title:"Contatti"},l("ul",null,l("li",null,l(a.a,{href:"mailto:silvia.bonettini@unimore.it"},"Prof.ssa Silvia Bonettini")))),l(e.r,{title:"Orale"},l("p",null,"E' composto da:"),l("ul",null,l("li",null,"2 domande sugli argomenti teorici"),l("li",null,"1 domanda di implementazione algoritmo in MATLAB")))),l(e.s,{title:"Extra"},l(e.r,{title:"Ripasso di Algebra Lineare"},l("p",null,"Prima di iniziare a studiare Calcolo Numerico, potrebbe essere una buona idea ripassare un pochino Algebra Lineare:"),l(o.a,null,l("li",null,l("a",{href:"/calcolonumerico/ripassodialgebralineare"},"Ripasso di Algebra Lineare")," ",l("small",null,"(per studenti sperduti di Calcolo Numerico)")))),l(e.r,{title:"Anki"},l("p",null,"Ho provato a fare un deck ",l(a.a,{href:"https://apps.ankiweb.net/"},"Anki")," con tutte le formule di Calcolo numerico."),l("p",null,"Sappiatemi dire com'è! ",l("small",null,"Io non l'ho usato moltissimo perchè ho studiato scrivendo questa pagina di Appuntiweb...")),l(o.a,null,l("li",null,l(a.a,{href:"https://ryg.s3.fr-par.scw.cloud/builds/anki-decks/formule-di-calcolo-numerico.apkg"},"Scarica il deck Anki"))))),l(e.s,{title:"Algoritmi"},l(e.r,{title:"Algoritmi numerici"},l("p",null,"Particolari algoritmi che hanno:"),l("ul",null,l("li",null,"numeri reali in input e output"),l("li",null,"successioni delle quattro operazioni aritmetiche fondamentali come passi")))),l(e.s,{title:"Errore di rappresentazione"},l(e.r,{title:"Cos'è?"},l("p",null,"Con i numeri floating point può capitare che un certo numero ",l(e.i,null,I(u||(u=w`\alpha`)))," non sia rappresentato correttamente."),l("p",null,"In tal caso, il numero si indica con ",l(e.i,null,I(s||(s=w`\alpha^\star`))),"."))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Errore assoluto"},l("p",null,"È la differenza tra il numero desiderato e il numero rappresentato:"),l(e.q,null,I(c||(c=w`E_a = \left | \alpha - \alpha^\star \right |`)))),l(e.r,{title:"Errore relativo"},l("p",null,"Indica quanto il numero rappresentato differisce dal numero desiderato:"),l(e.q,null,I(d||(d=w`\forall \alpha \neq 0, E_r = \frac{E_a}{\left | \alpha \right |}`))))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Troncamento"},l("p",null,"Metodo con cui gestire gli ",l("b",null,"underflow floating point"),": le cifre meno significative vengono ",l("b",null,"rimosse"),"."),l(t.a,null,l("pre",null,"1.00 → 1.0",l("br",null),"1.01 → 1.0",l("br",null),"1.10 → 1.1",l("br",null),"1.11 → 1.1"))),l(e.r,{title:"Arrotondamento"},l("p",null,"Metodo con cui gestire gli ",l("b",null,"underflow floating point"),": se la cifra più significativa di quelle che devono essere rimosse è 1, allora ",l("b",null,"aumenta di 1")," anche quella meno signficativa che viene tenuta."),l(t.a,null,l("pre",null,"1.00 → 1.0",l("br",null),"1.01 → 1.0",l("br",null),"1.10 → 1.1",l("br",null),"1.11 → 10.")))),l(e.s,null,l(e.r,{title:"Precisione di macchina"},l("p",null,"Un numero reale rappresentato in ",l("b",null,"virgola mobile")," ha un ",l("b",null,"errore relativo")," minore o uguale alla ",l("i",null,"precisione di macchina"),":"),
\min {\color{Red} Q } = \sum_{i = 1}^m ( {\color{Yellow} a_0 + a_1 \cdot x_i} - {\color{Orange} f(x_i)} )^2
`)))),l(a.r,{title:"Regressione lineare matriciale"},l("p",null,"Possiamo costruire una ",l("b",null,"matrice di regressione")," ",l(a.i,null,sl(g||(g=ul`A`)))," contenente tutti i ",l("b",null,"punti sperimentali"),":"),l(a.q,null,sl(z||(z=ul`
A =
\begin{pmatrix}
1 & x_1\\\\
1 & x_2\\\\
\vdots & \vdots\\\\
1 & x_m
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Inoltre, se costruiamo il ",l("b",null,"vettore dei parametri")," ",l(a.i,null,sl(h||(h=ul`\alpha`))),":"),l(a.q,null,sl(x||(x=ul`
\alpha =
\begin{pmatrix}
a_0\\\\
a_1
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Avremo che:"),l(a.q,null,sl(v||(v=ul`{\color{Yellow} q(x) } = A \cdot \alpha`))),l("p",null,"Inoltre, potremo calcolare l'errore attraverso la norma:"),l(a.q,null,sl(q||(q=ul`{\color{Red} Q } = \| A \cdot \alpha - y \|^2`))))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Regressione polinomiale"},l("p",null,"Trova il ",l("b",null,"polinomio")," ",l(a.i,null,sl(k||(k=ul`{\color{Yellow} q}`)))," di grado ",l(a.i,null,sl(L||(L=ul`n-1`)))," che meglio approssima tutti gli ",l(a.i,null,sl(A||(A=ul`m`)))," dati sperimentali."),l("p",null,"Essendo un polinomio di grado ",l(a.i,null,sl(S||(S=ul`n-1`))),", avrà ",l(a.i,null,sl(y||(y=ul`n`)))," parametri."),l(a.q,null,sl(C||(C=ul`{\color{Yellow} q(x) } = a_0 + a_1 \cdot {\color{Green} x} + a_2 \cdot {\color{Green} x^2} +\ \dots \ + a_{n-1} \cdot {\color{Green} x^{n-1}`))),l(o.a,null,l("p",null,"La regressione lineare è un caso particolare di regressione generale in cui i parametri sono 2!")),l("p",null,"L'errore da minimizzare per ricavare i parametri sarà:"),l(a.q,null,sl(w||(w=ul`
\min {\color{Red} Q} = \sum_{i = 1}^m ( {\color{Yellow} a_0 + a_1 \cdot x_i + a_2 \cdot x_i^2 +\ \dots \ + a_{n-1} \cdot x_i^{n-1}} - {\color{Orange} y_i} )^2
`)))),l(a.r,{title:"Regressione polinomiale matriciale"},l("p",null,"Possiamo costruire una ",l("b",null,"matrice di regressione")," ",l(a.i,null,sl(I||(I=ul`A`)))," contenente tutti i ",l("b",null,"punti sperimentali")," a tutti i gradi del polinomio:"),l(a.q,null,sl(O||(O=ul`
A =
\begin{pmatrix}
1 & x_1 & x_1^2 & \dots & x_1^{n-1} \\\\
1 & x_2 & x_2^2 & \dots & x_2^{n-1} \\\\
\vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\\\
1 & x_m & x_m^2 & \dots & x_m^{n-1}
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Inoltre, se costruiamo il ",l("b",null,"vettore dei parametri")," ",l(a.i,null,sl(G||(G=ul`\alpha`))),":"),l(a.q,null,sl(R||(R=ul`
\alpha =
\begin{pmatrix}
a_0\\\\
a_1\\\\
\vdots\\\\
a_{n-1}
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Avremo che:"),l(a.q,null,sl(F||(F=ul`{\color{Yellow} q(x) } = A \cdot \alpha`))),l("p",null,"Inoltre, potremo calcolare l'errore attraverso la norma:"),l(a.q,null,sl(P||(P=ul`{\color{Red} Q } = \| A \cdot \alpha - y \|^2`))),l(o.a,null,"Normalmente, i dati sono molti di più, ma se il numero di parametri ",l(a.i,null,sl(M||(M=ul`n`)))," fosse uguale al numero di dati ",l(a.i,null,sl(E||(E=ul`m`))),", allora si otterrebbe il ",l("b",null,"polinomio di interpolazione"),"!"))),l(a.s,null,l(a.r,{title:"Regressione generale"},l("p",null,"Trova i ",l("b",null,"coefficienti della combinazione lineare"),l(a.i,null,sl(U||(U=ul`{\color{Yellow} q}`)))," che meglio approssima tutti gli ",l(a.i,null,sl(Q||(Q=ul`m`)))," dati sperimentali."),l(a.q,null,sl(N||(N=ul`{\color{Yellow} q(x) } = a_0 \cdot {\color{Green} \phi_0 (x)} + a_1 \cdot {\color{Green} \phi_1 (x)} + \dots + a_2 \cdot {\color{Green} \phi_2 (x)} +\ \dots\ + a_{n-1} \cdot {\color{Green} \phi_{n-1} (x)}`))),l(o.a,null,l("p",null,"La regressione polinomiale è un caso particolare di regressione generale in cui:"),l(a.q,null,sl(T||(T=ul`{\color{Green} \phi_{n} (x)} = x^n`)))),l("p",null,"L'errore da minimizzare per ricavare i parametri sarà:"),l(a.q,null,sl(D||(D=ul`
\min {\color{Red} Q } = \sum_{i = 1}^m ( {\color{Yellow} a_0 \cdot \phi_0 (x) + a_1 \cdot \phi_1 (x) + \dots + a_2 \cdot \phi_2 (x) +\ \dots\ + a_{n-1} \cdot \phi_{n-1} (x)} - {\color{Orange} f(x_i)} )^2
`)))),l(a.r,{title:"Regressione polinomiale generale"},l("p",null,"Possiamo costruire una ",l("b",null,"matrice di regressione")," ",l(a.i,null,sl(Y||(Y=ul`A`)))," contenente tutti i ",l("b",null,"punti sperimentali")," a tutti i gradi del polinomio:"),l(a.q,null,sl(H||(H=ul`
A =
\begin{pmatrix}
\phi_0(x_1) & \phi_1(x_1) & \phi_2(x_1) & \dots & \phi_{n_1}(x_1) \\\\
\phi_0(x_2) & \phi_1(x_2) & \phi_2(x_2) & \dots & \phi_{n-1}(x_2) \\\\
\vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\\\
\phi_0(x_m) & \phi_1(x_m) & \phi_2(x_m) & \dots & \phi_{n-1}(x_m)
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Inoltre, se costruiamo il ",l("b",null,"vettore dei parametri")," ",l(a.i,null,sl(j||(j=ul`\alpha`))),":"),l(a.q,null,sl(V||(V=ul`
\alpha =
\begin{pmatrix}
a_0\\\\
a_1\\\\
\vdots\\\\
a_{n-1}
\end{pmatrix}
`))),l("p",null,"Avremo che:"),l(a.q,null,sl(J||(J=ul`{\color{Yellow} q(x) } = A \cdot \alpha`))),l("p",null,"Inoltre, potremo calcolare l'errore attraverso la norma:"),l(a.q,null,sl(X||(X=ul`{\color{Red} Q } = \| A \cdot \alpha - y \|^2`))))),l(a.s,{title:"Trovare i parametri"},l(a.r,{title:"Caso non degenere"},l("p",null,"Caso che prevede che le colonne di ",l(a.i,null,sl(B||(B=ul`A`)))," siano ",l("b",null,"linearmente indipendenti"),"."),l("p",null,"La soluzione ",l("b",null,"esiste")," sempre, ed è ",l("b",null,"unica"),"."),l("p",null,"Per trovarla:"),l("ul",null,l("li",null,"Fattorizziamo ",l(a.i,null,sl(Z||(Z=ul`A = Q \cdot \begin{pmatrix} R\\ 0 \end{pmatrix}`))),"."),l("li",null,"Calcoliamo ",l(a.i,null,sl(K||(K=ul`w = Q^T \cdot y`))),"."),l("li",null,"Teniamo solo i primi ",l(a.i,null,"n")," valori di ",l(a.i,null,sl(W||(W=ul`w`)))," e mettiamoli in ",l(a.i,null,sl($||($=ul`w_1`))),"."),l("li",null,"Calcoliamo ",l(a.i,null,sl(ll||(ll=ul`R \cdot \alpha = w_1`))),"."))),l(a.r,{title:"Caso generale"},l("p",null,"Caso che non preclude alcuna composizione di ",l(a.i,null,sl(il||(il=ul`A`))),"."),l("p",null,"Ci sono ",l("b",null,"infinite")," soluzioni, con ",l(a.i,null,"n-k")," gradi di libertà."),l("p",null,"Si cerca sempre di trovare la ",l("i",null,"soluzione di norma minima"),", che, se ",l(a.i,null,sl(nl||(nl=ul`k \leq n \leq m`))),", allora è ",l("b",null,"unica"),"."),l("p",null,"Per trovarla:"),l("ul",null,l("li",null,"Fattorizziamo ",l(a.i,null,sl(el||(el=ul`A = U \cdot \Sigma \cdot V^T`)))," con la ",l("i",null,"fattorizzazione SVD")),l("li",null,"Calcoliamo ",l(a.i,null,sl(al||(al=ul`\zeta = U^T \cdot y`)))),l("li",null,l("p",null,"Calcoliamo:"),l(a.q,null,sl(ol||(ol=ul`
\gamma =
\begin{pmatrix}
\frac{z_1}{\sigma_1}\\\\
\frac{z_2}{\sigma_2}\\\\
\vdots\\\\
\frac{z_{k-1}}{\sigma_{k-1}}\\\\
\frac{z_k}{\sigma_k}\\\\
0\\\\
0\\\\
\vdots\\\\
0
\end{pmatrix}
`)))),l("li",null,"Calcoliamo ",l(a.i,null,sl(tl||(tl=ul`\alpha = V \cdot \gamma`))))),l(o.a,null,"Gli zeri nella ",l(a.i,null,sl(rl||(rl=ul`\gamma`)))," sono i gradi di libertà, sono zero in modo che essi diano la norma minima."))))}}).call(this,n("hosL").h)}}]);
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