যেহেতু বেশ সাধারণ, এবং কোসাইন মিলের পরিবর্তন নির্দিষ্ট এবং এবং সাথে তাদের সম্পর্কের উপর নির্ভর করে , কোনও নির্দিষ্ট সূত্র সম্ভব নয়। যাইহোক, কোজিনের মিল কতটা পরিবর্তিত হতে পারে তার কার্যত গণনাযোগ্য সীমা রয়েছে । এবং র মধ্যে কোণকে চূড়ান্ত করে এগুলি পাওয়া যাবে যে এবং মধ্যে কোসাইন মিল একই নির্দিষ্ট মান হিসাবে বলুন, বলুন (যেখানে এবং মধ্যবর্তী কোণ )। উত্তরটি আমাদের জানায় যে কোনও কোণMABMMAMBABcos(2ϕ)2ϕAB2ϕসম্ভবত রূপান্তর দ্বারা বাঁকানো যেতে পারে ।M
হিসাবগুলি অগোছালো হওয়ার হুমকি দেয়। কিছু প্রাথমিক সরলকরণের সাথে স্বরলিপিটির কিছু চতুর পছন্দ প্রচেষ্টাটি হ্রাস করে। দেখা যাচ্ছে যে দুটি মাত্রায় সমাধান আমাদের জানার প্রয়োজনীয় সমস্ত কিছুই প্রকাশ করে। এটি একটি ট্র্যাকটেবল সমস্যা, কেবলমাত্র একটি আসল পরিবর্তনশীল উপর নির্ভর করে , যা ক্যালকুলাস কৌশল ব্যবহার করে সহজেই সমাধান করা হয়। একটি সরল জ্যামিতিক যুক্তি মাত্রার যেকোন নম্বরে এই সমাধান প্রসারিত ।θn
গাণিতিক প্রিলিমিনারি
সংজ্ঞা অনুসারে, যে কোনও দুটি ভেক্টর এবং মধ্যে কোণের কোসাইন ইউনিট দৈর্ঘ্যে স্বাভাবিক করার মাধ্যমে এবং তাদের পণ্য গ্রহণের মাধ্যমে পাওয়া যায়। সুতরাং,AB
A′B(A′A)(B′B)−−−−−−−−−−√=cos(2ϕ)
এবং, লেখা Σ=M′Mএর চিত্রগুলির মধ্যে কোণটির কোসাইন A এবং B রূপান্তর অধীনে M হয়
(MA)′(MB)((MA)′(MA))((MB)′(MB))−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√=A′ΣB(A′ΣA)(B′ΣB)−−−−−−−−−−−−√.(1)
লক্ষ্য করুন যে কেবলমাত্র বিশ্লেষণে গুরুত্বপূর্ণ,Σ নয়M নিজেই। সুতরাং আমরা কাজে লাগান পারে সিঙ্গুলার মূল্য পৃথকীকরণ (SVD) এরMসমস্যা সরল করতে। মনে রাখবেন যে এটি প্রকাশ করেM অর্থোগোনাল ম্যাট্রিক্সের পণ্য হিসাবে (ডান থেকে বামে) V′, একটি তির্যক ম্যাট্রিক্স D, এবং অন্য অर्थোগোনাল ম্যাট্রিক্স U:
M=UDV′.
অন্য কথায়, সুবিধাযুক্ত ভেক্টরগুলির একটি ভিত্তি রয়েছে e1,…,en (কলামগুলির V) কিসের উপর M প্রত্যেকে উদ্ধার করে কাজ করে ei দ্বারা পৃথক ith তির্যক এন্ট্রি D (যা আমি ফোন করব) di) এবং তারপরে একটি ঘূর্ণন প্রয়োগ করা (বা বিরোধী ঘূর্ণন) Uফলাফল। এই চূড়ান্ত ঘূর্ণন কোনও দৈর্ঘ্য বা কোণ পরিবর্তন করবে না এবং তাই এটি প্রভাবিত করা উচিত নয়Σ। আপনি গণনা সহ এটি আনুষ্ঠানিকভাবে দেখতে পারেন
Σ=M′M=(UDV′)′(UDV′)=VD(U′U)DV′=VD2V′.
ফলস্বরূপ, অধ্যয়ন করতে Σ আমরা অবাধে প্রতিস্থাপন করতে পারেন M একই মান তৈরি করে এমন কোনও ম্যাট্রিক্স দ্বারা (1)। অর্ডার দিয়েei যাতে di আকার হ্রাস (এবং ধরে নিচ্ছি) M একরকম শূন্য নয়) এর একটি দুর্দান্ত পছন্দ M হয়
M=1d1DV′.
এর তির্যক উপাদানসমূহ (1/d1)D হয়
1=d1/d1≥λ2=d2/d1≥λ3=d3/d1≥⋯≥λn=dn/d1≥0.
বিশেষত, এর প্রভাব M (তার মূল বা পরিবর্তিত আকারে হোক) সমস্ত কোণে সম্পূর্ণরূপে এই সত্য দ্বারা নির্ধারিত হয়
Mei=λiei.
একটি বিশেষ ক্ষেত্রে বিশ্লেষণ
দিন n=2। কারণ ভেক্টরের দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করা তাদের মধ্যে কোণ পরিবর্তন করে না, আমরা ধরে নিতে পারিA এবং Bইউনিট ভেক্টর হয়। বিমানে এই জাতীয় সমস্ত ভেক্টর তাদের দ্বারা তৈরি কোণ দ্বারা নির্ধারিত হতে পারেe1, আমাদের লিখতে দেয়
A=cos(θ−ϕ)e1+sin(θ−ϕ)e2.
অতএব
B=cos(θ+ϕ)e1+sin(θ+ϕ)e2.
(নীচের চিত্রটি দেখুন।)
প্রয়োগ করা হচ্ছে M সহজ: এটি প্রথম স্থানাঙ্কগুলি স্থির করে A এবং B এবং তাদের দ্বিতীয় স্থানাঙ্কগুলি দ্বারা গুণ করে λ2। সুতরাং কোণ থেকেMA প্রতি MB হয়
f(θ)=arctan(λ2tan(θ+ϕ))−arctan(λ2tan(θ−ϕ)).
কারণ M একটি অবিচ্ছিন্ন ফাংশন, কোণগুলির এই পার্থক্যটি একটি ক্রমাগত ফাংশন θ। আসলে, এটি পার্থক্যযোগ্য। এটি আমাদের ডেরাইভেটিভের শূন্যগুলি পরীক্ষা করে চরম কোণগুলি আবিষ্কার করতে সহায়তা করেf′(θ)। এই ডেরাইভেটিভ গণনা করা সহজ: এটি ত্রিকোণমিতিক ফাংশন একটি অনুপাত। শূন্যগুলি কেবল তার সংখ্যার শূন্যগুলির মধ্যেই ঘটতে পারে, তাই আসুন গণকটি গণনা করার জন্য বিরক্ত করবেন না। আমরা প্রাপ্ত
f′(θ)=λ2(1−λ2)(λ2+1)sin(2θ)sin(2ϕ)∗.
বিশেষ মামলা λ2=0, λ2=1,এবং ϕ=0 সহজেই বোঝা যায়: তারা পরিস্থিতিগুলির সাথে মিল রাখে যেখানে Mহ্রাস র্যাঙ্কের (এবং সুতরাং সমস্ত ভেক্টরকে একটি লাইনে স্কোয়াশ করে); কোথায়Mপরিচয় ম্যাট্রিক্সের একাধিক; এবং যেখানেA এবং B সমান্তরাল হয় (যেখান থেকে নির্বিশেষে তাদের মধ্যে কোণ পরিবর্তন করতে পারে না θ)। কেসλ2=−1 শর্ত দ্বারা আবদ্ধ হয় λ2≥0।
এই বিশেষ ক্ষেত্রেগুলি বাদে শূন্যগুলি কেবল যেখানে ঘটে sin(2θ)=0: এটাই, θ=0 অথবা θ=π/2। এর অর্থ লাইনটি দ্বারা নির্ধারিতe1 কোণ দ্বিখণ্ডিত AB। আমরা এখন জানি যে এর মধ্যবর্তী কোণটির চূড়ান্ত মানMA এবং MB মানগুলির মধ্যে থাকা উচিত f(θ), সুতরাং আসুন তাদের গণনা:
f(0)f(π/2)=arctan(λ2tan(ϕ))−arctan(λ2tan(−ϕ))=2arctan(λ2tan(ϕ));=arctan(λ2tan(π/2+ϕ))−arctan(λ2tan(π/2−ϕ))=2arctan(λ2cot(−ϕ)).
সংশ্লিষ্ট কোসাইনগুলি হ'ল
cos(f(0))=1−λ22tan(ϕ)21+λ22tan(ϕ)2(2)
এবং
cos(f(π/2))=1−λ22cot(ϕ)21+λ22cot(ϕ)2=tan(ϕ)2−λ22tan(ϕ)2+λ22.(3)
এটি প্রায়শই বোঝার পক্ষে যথেষ্ট Mডান কোণগুলি বিকৃত করে। এক্ষেত্রে,2ϕ=π/2, নেতৃস্থানীয় tan(ϕ)=cot(ϕ)=1, যা আপনি পূর্ববর্তী সূত্রগুলিতে প্লাগ করতে পারেন।
মনে রাখবেন যে আরও ছোট λ2 হয়ে যায়, এই কোণগুলি তত বেশি চরম আকার ধারণ করে এবং বৃহত্তর বিকৃতি হয়।
এই চিত্রটি ভেক্টরগুলির চারটি কনফিগারেশন দেখায় A এবং B এর কোণ দ্বারা পৃথক 2ϕ=π/3। ইউনিট বৃত্ত এবং এর উপবৃত্তাকার চিত্রটি এর অধীনেM রেফারেন্সের জন্য ছায়াযুক্ত হয় (এর ক্রিয়া সহ) M অভিন্নভাবে তৈরি করতে উদ্ধার λ1=1)। চিত্র শিরোনাম এর মান নির্দেশ করেθএর মিডপয়েন্ট A এবং B। এই ধরনের সবচেয়ে নিকটতমA এবং B পরিবর্তিত যখন আসতে পারে M বাম দিকের মতো একটি কনফিগারেশন θ=0। সবচেয়ে দূরে তারা হতে পারে ডানদিকে যেমন একটি কনফিগারেশনθ=π/2। দুটি মধ্যবর্তী সম্ভাবনা দেখানো হয়েছে।
সমস্ত মাত্রার জন্য সমাধান
আমরা দেখেছি কিভাবে M প্রতিটি মাত্রা প্রসারিত করে কাজ করে i একটি উপাদান দ্বারা λi। এটি ইউনিট গোলকের বিকৃতি ঘটাবে{A|A′A=1}একটি উপবৃত্তাকার মধ্যে। দ্যeiএর প্রধান অক্ষগুলি নির্ধারণ করুন। দ্যλiএই অক্ষটি বরাবর, উপবৃত্তাকার থেকে শুরু করে দূরত্ব। ফলস্বরূপ ক্ষুদ্রতম,λn, উৎপত্তি থেকে এলিপসয়েডের সবচেয়ে সংক্ষিপ্ততম দূরত্ব (যে কোনও দিকে) এবং বৃহত্তমটি,λ1, এটি ইলিস্পয়েডের উৎপত্তি থেকে দীর্ঘতম দূরত্ব (যে কোনও দিকে)।
উচ্চ মাত্রায় n>2, A এবং B একটি দ্বিমাত্রিক সাবস্পেসের অংশ। M এই উপগ্রহটির ইউনিট বৃত্তটি মস্তিষ্কে এলিপসয়েডের ছেদকৃত স্থানে একটি সমতল সমেত বিশিষ্ট ম্যাপ করে MA এবং MB। এই ছেদটি একটি বৃত্তের লৈখিক বিকৃতি হ'ল একটি উপবৃত্তাকার। স্পষ্টতই এই উপবৃত্তের দীর্ঘতম দূরত্ব আর কিছু নয়λ1=1 আর সবচেয়ে কম দূরত্বও এর চেয়ে কম নয় λn।
যেমন আমরা পূর্ববর্তী অংশের শেষে পর্যবেক্ষণ করেছি, সর্বাধিক চরম সম্ভাবনা কখন A এবং B দুটি সমতল একটি প্লেনে অবস্থিত ei যার জন্য সংশ্লিষ্ট অনুপাত λiযতটা সম্ভব ছোট এটি ঘটবেe1,enসমতল। আমাদের কাছে ইতিমধ্যে সেই মামলার সমাধান রয়েছে।
উপসংহার
কোসাইন অনুরূপতা চরম প্রয়োগ করে M দুটি ভেক্টরের সাথে কোসাইন মিল রয়েছে cos(2ϕ) দ্বারা দেওয়া হয় (2) এবং (3)। তারা স্থিতিস্থাপিত হয়ে অর্জন করা হয়A এবং B যে দিকের সমান কোণে Σ=M′M সর্বাধিকভাবে কোনও ভেক্টরকে দীর্ঘায়িত করে (যেমন e1 দিকনির্দেশ) এবং সেগুলিকে কোনও দিকে আলাদা করে Σ ন্যূনতমভাবে কোনও ভেক্টর দীর্ঘায়িত করে (যেমন en অভিমুখ).
এই চরমগুলি এর এসভিডি এর শর্তে গণনা করা যেতে পারে M।