Informace k přednášce Matematika++, ZS 2013/2014

Ida Kantorová, Jiří Matoušek, Robert Šámal

Rozsah

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

Termín

Přednáška čtvrtek od 17:20 v S10, cvičení občasná (bude oznámeno) před přednáškou v S8. První cvičení se koná 10.10. v 15:40 v S8.

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. Zde pro představu témata loňské přednášky.

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 Fourierovy řady a transformace, polynomy ve více proměnných a případně reprezentace grup.

Cvičení

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

Literatura

Prameny pro první část přednášky:

Skriptíčka k první části obsahují většinu z prvních šesti přednášek, ale v mnoha místech skicovitě (zejména přednášky 4-6).

Text ke druhé části přednášky, obsahuje trochu víc, než se probralo.

Probraná témata

DatumObsahZdroje
3.10.Úvod, charaktery, skal. součin, Four. tranformace. skriptíčka -- finální verze
10.10.Duály k Z, T, a R. Vlastnosti Fourierovy transformace, vyjádření funkce v bázi charakterů. Four.transf. zachovává normu i skalární součin (při vhodné definici). Konvoluce.
17.10.Dvě aplikace: Rychlé testování linearity zobrazení. Hledání aritm. posloupností délky 3 v Z3n.
24.10.Dokončení hledání aritm. posloupností délky 3 v Z3n. Ortogonální doplněk, Poissonova sumační formule.
31.10.KKL věta o vlivu proměnných na booleovskou funkci. Nerovnost pro normu konvoluce.
7.11. Harmonická analýza v nekonečných grupách -- přehled oblasti, jednoduché aplikace.
14.11. Polynomy vice proměnných, terminologie, zápis R[x_1,...,x_n]. Schwartzova-Zippelova věta s důkazem. Aplikace: testování existence perfektního párování v bipartitním grafu; počítání složených permutací. Lemma o existenci nenulového polynomu, který se anuluje v daných bodech. Miniatury 24 a 26 z Thirty-three Miniatures, posledně zmíněné lemma v min. 25. Učební text
21.11.Věta o prostorových kříženích s důkazem. Pojem (afinní) algebraické variety. Ideál, noetherovský okruh. Hilbertova věta o bázi. Slabý a silný Nullstellensatz (znění). Korespondence radikálních ideálů a variet nad algebraicky uzavřeným tělesem.
28.11.Odvození silného Nullstellensatz ze slabého. Pojem resultantu, odvození vzorce pro něj. Souřadnicový okruh a jeho Hilbertova funkce. Bézoutova nerovnost pro dvě proměnné s důkazem (přes Hilbertovu funkci).
5.12.Příklady, kde zobecnění Bézoutovy nerovnosti na víc proměnných narazí (nad R, a 3 ireducibilní polynomy ve 3 proměnných, jejichž varieta je křivka). Znění za předpokladu konečně mnoha řešení. Nerovnost pro počet nesingulárních řešení s důkazem.
19.12. Definice reprezentace grupy. Dimenze reprezentace. Příklady: triviální reprezentace, alternující reprezentace, permutační reprezentace, regulární reprezentace. Ireducibilní reprezentace. Každá reprezentace konečné grupy se dá rozložit na direktní součet ireducibilních. Schurovo lemma. Diaconis kap.2, Učební text
2.1.2014 Další verze Schurova lemmatu. Důsledek: každá ireducibilní komplexní reprezentace konečné abelovské grupy je jednodimenzionální. Definice charakteru, základní vlastnosti. Poznámka: pokud $G$ je konečná grupa, na V existuje invariantní skalární součin. Z toho plyne jiný důkaz existence rozkladu na ireducibilní reprezentace a také Weylův unitaritní trik.. Definice skalárního součinu funkcí. Prvky maticí ireducibilníc reprezentací (jakožto funkce G->C) jsou ortogonální. Charaktery ireducibilních reprezentací jsou ortonormální. Pro libovolnou danou reprezentaci V, počet kopií dané ireducibilní reprezentace v rozkladu V je dán skalárním součinem příslušných charakterů. Důsledek: Dvě reprezentace jsou ekvivalentní právě tehdy, mají-li stejný charakter.  
9.1.2014 Charakter regulární reprezentace. Každá ireducibilní reprezentace je obsažena v regulární tolikrát, kolik je její stupeň. Prvky matic (jakožto funkce G->C) unitárních ireducibilních reprezentací jsou báze pro prostor všech funkcí na grupě G. Aplikace v komunikační složitosti: Raz a Spieker. Raz a Spieker