Informace k přednášce Matematika++, ZS 2012/2013

Ida Kantorová, Jiří Matoušek, Robert Šámal

Rozsah

Dvě hodiny přednášky a dvě hodiny cvičení týdně (2/2). Zápočet, zkouška.

Termín

Přednáška: Út 12:20 S8, cvičení Út 10:30 v S1, ale ne každý týden (viz níže).

Náplň

V moderní informatice se často používají matematické nástroje, které překračují rozsah matematických přednášek v bakalářském programu informatiky. V této přednášce se posluchači seznámí s poněkud zhuštěnými základy některých matematických odvětví, které se pro informatiku a diskrétní matematiku ukázaly zvlášť významné.

Předpoklady

Zájem o matematiku, matematické znalosti zhruba v rozsahu informatického bakalářského studia na MFF UK. Navazovat budeme hlavně na analýzu, pravděpodobnost a lineární algebru. Letos se zaměříme na teorii míry a geometrii ve vysoké dimenzi.

Cvičení

Podstatná část cvičení bude spočívat v samostatné domácí práci posluchačů. Zápočet bude za vyřešení dostatečného množství příkladů. Cvičení povede Zuzana Safernová.

Literatura

Probraná témata

DatumObsahZdroje
9.10.(IK) Vnější Lebesgueova míra na R, měřitelné množiny (def. podle Carathéodoryho). Měřitelné množiny tvoří sigma-algebru (důkaz vynechán). Interval (a,infty) je měřitelný, borelovské množiny jsou měřitelné. Definice L. míry jako restrikce vnější míry na meřitelné množiny. Obecná definice prostoru s mírou, příklady. Definice měřitelne funkce.  
16.10.(IK) Dokázali jsme aditivitu L. míry (minule se nestihlo). Složení měřitelné a spojité funkce je měřitelná funkce. Vyrábění měřitelných funkcí z jiných měřitelných funkcí (jako jejich součet, součin, limita apod.). Jednoduché funkce. Aproximace nezáporných měřitelných funkcí pomocí jednoduchých funkcí. Neformálně zmíněny Littlewoodovy principy. Definice obecného L. integrálu.  
23.10.(IK) Jednoduché vlastnosti integrálu. Fatouovo lemma, věta o monotónní konvergenci (Levi). Linearita integrálu. Věta o omezené konvergenci (Lebesgue). Součin měr a Fubiniho věta.
30.10.(JM) Kolmogorovská axiomatika teorie pravděpodobnosti, modelování pravděpodobnostních pojmů v teorii míry. Normální rozdělení N(a,b^2), standardní normální rozdělení N(0,1). Výpočet normalizující konstanty dvojnou integrací. Dva odhady pro distribuční funkci normálního rozdělení. Gaussovská míra gamma, jednodimenzionální a n-dimenzionální, její sférická symetrie, z ní plynoucí 2-stabilita normálního rozdělení, poznámka o centrální limitní větě. Překvapivé chování těles ve velké dimenzi. Využití gaussovské míry pro generování náhodného směru ve velké dimenzi.
6.11.(JM) Definice elipsoidu. Konvexni těleso. Věta o Loewnerově-Johnoně elipsoidu (důkaz ve cvičení). Brunnova nerovnost o rovnoběžných řezech konvexního tělesa. Brunnova-Minokwského nerovnost pro neprázndé kompaktní množiny. Jak z ní plyne Brunnova nerovnost (část jako cvičení). Důkaz BM nerovnosti pro dimenzi 1. Jiná verze BM nerovnosti (s "geometrickým průměrem"), její ekvivalence s původní BM nerovností. Zobecnění pro funkce: Prékopova-Leindlerova nerovnost. Důkaz pro dimenzi 1 z jednodimenzionální BM nerovnosti (a AG nerovnosti pro vážené průměry). [Ball] Lect. 3,5; [Mat] 12.2
13.11.(JM) Důkaz Prékopovy-Leindlerovy nerovnosti indukcí podle dimenze. Isoperimetrická nerovnost v euklidovském prostoru, důkaz z Brunnovy-Minkowského nerovnosti. Příklady významných metrických prostorů s mírou (R^n s lebesgueovskou mírou, R^n s gaussovskou mírou, S^{n-1} s uniformní mírou - vše euklidovská vzdálenost; Hammingova krychle s uniformní mírou, permutace n prvků s uniformní mírou a Hammingovou vzdáleností). Koncentrace míry - úvod. Důkaz (slabší) koncentrace gaussovské míry na R^n z Prékopovy-Leindlerovy nerovnosti. [Ball] Lect. 8; [Mat] 14.1,2
20.11.(RŠ) Koncentrace lipschitzovských funkcí: Znění pro gaussovskou míru, míru na sféře a na Hammingově krychli. Důkaz pro gaussovskou míru. Aplikace (pro Hammingovu krychli): Černovova nerovnost. Aplikace (pro gaussovskou míru): Koncentrace délky gaussovského vektoru. [Mat] 14.3
4.12.(RŠ) K čemu je dobrá funkcionální analýza, co zkoumá. Co jsou funkční prostory, norma Lp, trojúhelníková nerovnost pro ni (Minkowského nerovnost). Hölderova nerovnost -- kontrola nad součinem.
11.12.(RŠ) Prostor Lp je úplný (a tedy Banachův). (Jen pro p=infty.) Jednoduché funkce tvoří hustý podprostor. Lineární operátory, jejich spojitost, norma.
18.12.(RŠ) Funkcionály na Lp odpovídají funkcím z Lq pro 1/p+1/q = 1. K tomu: Radon-Nikodýmova věta o reprezentaci míry. Derivace míry. (Jen orientačně.) Skalární součin, Hilbertovy prostory. Rovnoběžníkové pravidlo. Promítání na uzavřené konvexní podmnožiny. Věta o reprezentaci: všechny funkcionály na Hilbertově prostoru odpovídají skalárnímu součinu s nějakým prvkem toho prostoru.
8.1.(RŠ) Hilbertovsky i banachovsky adjungované operátory. Duální prostory (funkcionály). Příklady. Hahn-Banachova věta (s důkazem). Důsledky: spojité lineární funkcionály rozlišují body. Rozšíření limity z konvergentních posloupností na celé l1.