---
title: "Quiz 2 İncelemesi"
subtitle: "Ortogonallik + Determinant + Özdeğer — üç ayak"
---
::: {.callout-note title="Bölüm bilgisi"}
- **Strang'in videosu:** [YouTube — Quiz 2 Review](https://www.youtube.com/watch?v=QuZL5IKpO_U) (≈48 dk)
- **OCW sayfası:** [MIT 18.06SC — Exam 2 Review](https://ocw.mit.edu/courses/18-06sc-linear-algebra-fall-2011/resources/exam-2-review/)
- **Okuma süresi:** ≈35 dk
:::
## Bu Derste Ne Var? {#sec-bu-derste}
Quiz 2 tekrar oturumu. Kapsam: Chapter 4 (ortogonallik), 5 (determinant), 6.1–6.2 (özdeğer/diagonalizasyon). **ODE hariç.**
1. **Projeksiyon** — matris, özdeğerler $\{0, 1\}$, idempotent.
2. **Least squares** — iki resim.
3. **Gram-Schmidt**.
4. **Özdeğer hünerleri** — det/trace, kompleks, periyodiklik, recurrence.
> *"The magnitude of lambda — that's the key point for stability."* — Strang, 36:22
```{mermaid}
%%| label: fig-concept-map
%%| fig-cap: "Üç ayak birbirine bağlı: P özdeğerleri (ortogonallik + özdeğer), det/trace (det + özdeğer), |λ| (dinamik)."
flowchart LR
ORTH["Ortogonallik<br/>(Chapter 4)"] --> P["Projeksiyon: λ ∈ {0, 1}"]
DET["Determinant<br/>(Chapter 5)"] --> DET2["det = Πλ"]
EIG["Özdeğer<br/>(Chapter 6)"] --> DET2
EIG --> TR["trace = Σλ"]
EIG --> STAB["|λ| → kararlılık<br/>|λ|=1 periyodik"]
P --> ML1["Hat matrix<br/>regresyon"]
DET2 --> ML2["log-det, Jacobian"]
STAB --> ML3["RNN, SSM, Markov"]
style EIG fill:#fff3e0,stroke:#e67e22,stroke-width:2px
```
::: {.callout-tip title="Builder Notu — Trace Kontrolü Disiplini"}
Strang'in altın kuralı: özdeğer hesapladığında **her zaman trace ile doğrula** ($\sum\lambda$ = köşegen toplamı). Bedava sigorta — ML sayısal sonuçlarını sanity-check etmek için aynı disiplin.
:::
## Kapsam {#sec-kapsam}
- **Ch 4:** Ortonormal ($Q^T Q = I$), projeksiyon, LS, Gram-Schmidt.
- **Ch 5:** Determinant (3 + 7 özellik), büyük formül, kofaktör, $A^{-1}$ formülü.
- **Ch 6.1–6.2:** $A\mathbf{x} = \lambda \mathbf{x}$, karakteristik, $A = S\Lambda S^{-1}$, $A^k$.
**Kapsam dışı:** ODE (6.3 — Quiz 3).
## Projeksiyon Özdeğerleri {#sec-P-eig}
$\mathbf{a} = (2, 1, 2)^T$ doğrusu projeksiyonu:
$$
P = \frac{\mathbf{a}\mathbf{a}^T}{\mathbf{a}^T\mathbf{a}} = \frac{1}{9}\begin{pmatrix} 4 & 2 & 4 \\ 2 & 1 & 2 \\ 4 & 2 & 4 \end{pmatrix}
$$
**Özdeğerler — hesaplamadan:**
- Rank 1 → 2 boyutlu null → **$\lambda = 0, 0$**.
- trace = $9/9 = 1$ → **üçüncü $\lambda = 1$**.
Genel kural: projeksiyon özdeğerleri **her zaman $\{0, 1\}$** (idempotent imzası).
## P + Fark Denklemi {#sec-P-fark}
$\mathbf{u}_{k+1} = P\mathbf{u}_k$, $\mathbf{u}_0 = (9, 9, 0)$:
$$
\mathbf{u}_1 = \frac{27}{9}\mathbf{a} = (6, 3, 6)
$$
$\mathbf{u}_1$ zaten kolon uzayında → $P^2 = P$ → **$\mathbf{u}_k = (6, 3, 6)$ $\forall k \geq 1$**.
## Least Squares — İki Resim {#sec-LS-iki}
$y = Dt$ (orijinden) ile $(1, 4), (2, 5), (3, 8)$.
$A = (1, 2, 3)^T$, $\mathbf{b} = (4, 5, 8)$. $14 \hat{D} = 38 \to \hat{D} = 19/7$.
**Resim 1 (ty):** noktalar + doğru.
**Resim 2 (vektör):** $\mathbf{b}$ $\mathbb{R}^3$'te, $\mathbf{a} = (1, 2, 3)$ doğrusuna izdüşer.
## Gram-Schmidt {#sec-GS}
$\mathbf{a}_1 = (1, 2, 3), \mathbf{a}_2 = (1, 1, 1)$.
$$
\mathbf{B} = \mathbf{a}_2 - \frac{6}{14}\mathbf{a}_1 = \tfrac{2}{14}(4, 1, -2)
$$
$\mathbf{A} \cdot \mathbf{B} = 4 + 2 - 6 = 0$ ✓.
## Özdeğer Cebri {#sec-eig-cebri}
$\lambda_1, \ldots, \lambda_4$ olan 4×4:
- **Tersinir** $\iff \lambda_i \neq 0$.
- $\det(A^{-1}) = 1/\det A = 1/\prod \lambda_i$.
- $\text{trace}(A + I) = \sum \lambda_i + n$ ($A + cI$ özdeğeri $\lambda + c$).
## Tridiagonal Recurrence ve Kompleks Özdeğer {#sec-tri-kompleks}
Köşegen 1, komşular 1 → $D_n = D_{n-1} - D_{n-2}$.
Companion matris $\begin{pmatrix} 1 & -1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}$ → $\lambda^2 - \lambda + 1 = 0$ → $\lambda = \frac{1 \pm \sqrt{3}i}{2}$.
$|\lambda|^2 = 1/4 + 3/4 = 1$ → **$|\lambda| = 1$** → birim çember, $\lambda = e^{\pm i\pi/3}$ → **periyot 6**.
$$
A^6 = I, \quad D_n: 1, 0, -1, -1, 0, 1, \text{tekrar}
$$
```{python}
#| label: code-recurrence
#| code-fold: false
D = [1, 0]
for _ in range(10):
D.append(D[-1] - D[-2])
print("Dₙ dizisi (periyot 6):", D[:8])
```
## Trace Kontrolü — Strang'in Disiplini ⭐ {#sec-trace-check}
$A_3 = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 2 \\ 0 & 2 & 0 \end{pmatrix}$. $\det(A_3 - \lambda I) = -\lambda(\lambda^2 - 5) = 0$ → $\lambda = 0, \sqrt 5, -\sqrt 5$.
**Trace kontrolü:** $\sum\lambda = 0$ = köşegen toplamı $0$ ✓.
> *"I would never write down those three eigenvalues without checking the trace."* — Strang, 44:17
## Bu Tekrarın Özeti {#sec-ozet}
1. **Kapsam** (Ch 4-6.2, ODE hariç).
2. **Projeksiyon $\{0, 1\}$**.
3. **P idempotent fark denk.** sabit.
4. **Least squares iki resim**.
5. **Gram-Schmidt B formülü**.
6. **Özdeğer cebri** ($A^{-1}$, $A + cI$).
7. **Tridiagonal recurrence**.
8. **Kompleks $|\lambda| = 1$ periyodik**.
9. **Bağımlı kolon → singular**.
10. **Trace kontrolü**.
::: {.callout-important title="Tek bir cümle"}
Üç ayak birbirine bağlı: projeksiyon $\{0, 1\}$, det = $\Pi\lambda$, trace = $\Sigma\lambda$, $|\lambda|$ dinamik kader. **Trace kontrolü** her özdeğer hesabının bedava sigortası.
:::
## Kontrol Soruları {#sec-sorular}
::: {.callout-note collapse="true" title="Soru 1: a = (1, 0, 1) için P + özdeğer."}
$P = \frac{1}{2}\begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \end{pmatrix}$.
Rank 1 → $\lambda = 0, 0, 1$. trace = 1 ✓. $\lambda = 1$ özvektörü = $\mathbf{a}$.
:::
::: {.callout-note collapse="true" title="Soru 2: (1,1),(2,3),(3,4)'e y = Dt fit."}
$A^T A = 14$, $A^T \mathbf{b} = 19$ → $\hat{D} = 19/14$.
:::
::: {.callout-note collapse="true" title="Soru 3: λ = 2, 3, -1 → det, trace, det(A⁻¹), trace(A - 2I)?"}
- $\det = -6$.
- $\text{trace} = 4$.
- $\det(A^{-1}) = -1/6$.
- $\text{trace}(A - 2I) = (0, 1, -3) \to -2$.
:::
::: {.callout-note collapse="true" title="Soru 4: Üç bölüm ML'de hangi araçlara karşılık?"}
**Ortogonallik:** projeksiyon → regresyon (hat matrix); QR → kararlı LS, PCA, ortogonal başlatma.
**Determinant:** $|\det J|$ → Jacobian (normalizing flows); log-det → Gaussian likelihood, entropi; $\det = 0$ → tekil teşhis.
**Özdeğer:** PCA (kovaryans), Markov/PageRank ($\lambda = 1$), RNN/SSM kararlılık ($|\lambda|$), log-det = $\sum \log \lambda$.
**Birleşim → SVD** (Ders 29) — üçü birden.
:::
## Egzersizler {#sec-egzersizler}
**Egzersiz 1.** $\mathbf{a} = (2, 2, 1)$ → $P$, özdeğer, trace doğrulama.
**Egzersiz 2.** $(1, 2), (2, 3), (3, 5)$ → $y = C + Dt$ (sabitli) → normal denklemler.
**Egzersiz 3.** $\mathbf{a}_1 = (1, 1, 0), \mathbf{a}_2 = (1, 0, 1)$ → Gram-Schmidt.
**Egzersiz 4.** *(Python)* Quiz konuları tara.
**Egzersiz 5.** *İspatla:* Projeksiyon $\lambda \in \{0, 1\}$. (İpucu: $P^2 = P$ → $\lambda^2 = \lambda$.) Ders 25 (simetrik) habercisi.
## Sonraki Ders İçin Hazırlık {#sec-sonraki}
**Ders 25: Simetrik Matrisler ve Pozitif Tanımlılık**
- **Spektral teorem:** simetrik → gerçel λ + ortogonal özvektör; $A = Q\Lambda Q^T$.
- **Pozitif tanım:** $\lambda > 0$, pivot $> 0$.
- Kovaryans, Gram, kernel — hepsi simetrik.
::: {.callout-warning title="Ders 25 öncesi"}
- Egzersiz 5.
- Ders 14-24 + bu tekrar gözden geçir.
:::
## Sınav Formülleri (Cheat Sheet) {#sec-cheat-sheet}
| Soru tipi | Anahtar | Strang'da |
|-----------|---------|-----------|
| **Projeksiyon $P$** | $P = \mathbf{a}\mathbf{a}^T/\mathbf{a}^T\mathbf{a}$; $\lambda \in \{0, 1\}$ | 4m35 |
| **$\lambda = 1$ özvektörü** | $\mathbf{a}$ ($P\mathbf{a} = \mathbf{a}$) | 6m39 |
| **$P^2 = P$ fark denk.** | İlk adımdan sonra sabit | 9m22 |
| **Least squares** | $A^T A \hat{\mathbf{x}} = A^T \mathbf{b}$ | 15m01 |
| **Gram-Schmidt** | $\mathbf{B} = \mathbf{a}_2 - \frac{\mathbf{a}_1^T \mathbf{a}_2}{\mathbf{a}_1^T \mathbf{a}_1}\mathbf{a}_1$ | 21m14 |
| **det/trace** | $\Pi\lambda, \Sigma\lambda$ | 24m38 |
| **Recurrence** | $D_n = D_{n-1} - D_{n-2}$ | 28m14 |
| **$|\lambda| = 1$** | Periyodik | 35m58 |
| **Trace kontrolü** | Bedava doğrulama | 44m17 |
## ML Bağlantıları Özeti {#sec-ml-baglantilar}
::: {.callout-tip title="7 köprü"}
1. **$P \in \{0, 1\}$** → Hat matrix, regresyon.
2. **LS = projeksiyon** → Lineer regresyon iki resim.
3. **GS/QR** → Kararlı regresyon, ortogonal başlatma.
4. **det/trace = $\Pi\lambda/\Sigma\lambda$** → Log-det, iz regularization.
5. **$|\lambda|$** → RNN/SSM kararlılık.
6. **Trace kontrolü** → Sanity-check disiplini.
7. **Üç bölüm → SVD** (Ders 29) birleşim.
:::
::: {.callout-important title="Tek bir şey alıp gideceksen"}
Üç ayak birbirine bağlı: projeksiyon $\{0, 1\}$, det = $\Pi\lambda$, trace = $\Sigma\lambda$, $|\lambda|$ dinamik kader. **Trace kontrolü** bedava sigorta.
:::