Obiettivi formativi
Il corso ha l’obiettivo di introdurre lo studente alle nozioni e alle tecniche di base dell’algebra lineare e della geometria analitica Euclidea; il corso si propone inoltre di fornire allo studente gli strumenti per: a) risolvere sistemi di equazioni lineari; b) risolvere semplici esercizi di geometria analitica nello spazio; c) operare su vettori e matrici; d) diagonalizzare operatori e matrici.
Prerequisiti
Non sono richiesti prerequisiti specifici.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso è una introduzione alle nozioni di base dell'algebra lineare e della geometria analitica. La prima parte studia la geometria euclidea nello spazio (vettori, rette, piani), mentre la seconda parte è rivolta allo studio di vettori, matrici, sistemi lineari. Nella terza parte si studiano gli spazi vettoriali, le applicazioni lineari e il problema della diagonalizzazione degli operatori e delle matrici. Il corso termina con la trattazione dei prodotti scalari ed hermitiani e il problema della diagonalizzazione delle matrici simmetriche.
Programma esteso
Geometria euclidea e prodotto vettoriale. Elementi di geometria analitica dello spazio. Equazioni parametriche e cartesiane di una retta. Posizione reciproca di due rette; rette sghembe. Equazione di un piano. Prodotto scalare canonico e distanza. Prodotto vettore e sue proprietà fondamentali. Operazioni con le matrici. Prodotto di matrici. Matrici invertibili e matrice inversa. Determinanti: definizione tramite le formule di Laplace e proprietà fondamentali. Teorema di Binet. Operazioni elementari di riga e colonna su matrici. Calcolo della matrice inversa. Rango di una matrice. Sistemi lineari. Metodo di riduzione di Gauss-Jordan e teorema di Rouché Capelli. Spazi vettoriali reali e complessi. Sottospazi vettoriali: somma e intersezione. Combinazioni lineari di vettori: dipendenza e indipendenza lineare. Generatori, basi e dimensione di una spazio vettoriale. Coordinate rispetto ad una base, matrice di transizione, equazioni di cambiamento di coordinate. Formula di Grassmann. Applicazioni lineari. Definizione di nucleo e immagine; teorema della dimensione (nullità più rango). Matrice associata ad una applicazione lineare e regola di cambiamento di base. Isomorfismi e applicazioni inverse. Operatori (endomorfismi) di uno spazio vettoriale: autovalori, autovettori e autospazi. Polinomio caratteristico. Molteplicità algebrica e geometrica di un autovalore. Operatori diagonalizzabili: condizioni necessarie e sufficienti. Prodotti scalari. Complemento ortogonale di un sottospazio. Processo di ortogonalizzazione di Gram-Schmidt. Rappresentazione di isometrie tramite matrici ortogonali. Il gruppo ortogonale. Diagonalizzazione di matrici simmetriche: teorema spettrale. Criterio di positività per prodotti scalari. Cenni al caso complesso.
Bibliografia
L. Alessandrini, L. Nicolodi, GEOMETRIA E ALGEBRA LINEARE con esercizi svolti, Casa Editrice UNI.NOVA, Parma, 2012.
Metodi didattici
Il corso si svolgerà in presenza. Durante le lezioni verranno proposti gli argomenti del corso dal punto di vista formale, corredati da esempi significativi, applicazioni, ed esercizi. La discussione di esempi ed esercizi è di fondamentale importanza per comprendere i concetti matematici astratti dell'algebra lineare. Per queste ragioni, il corso si avvarrà anche di esercitazioni erogate nell'ambito del "Progetto IDEA".
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento prevede un esame finale comprendente un test preliminare a risposta multipla, un elaborato scritto e un colloquio orale. Potrebbero essere previste due prove intermedie durante il corso, che valgono ai fini del superamento della prova scritta e test finali. Nella prova scritta, attraverso i test e gli esercizi proposti, lo studente dovra' dimostrare di possedere le conoscenze di base dell'algebra lineare e della geometria. Nel colloquio orale lo studente dovrà essere in grado di enunciare e dimostrare i risultati presentati durante le lezioni, utilizzando un linguaggio appropriato ed un formalismo matematico corretto.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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