Linear Algebra with Sage by SGLee

This book, ‘Linear Algebra with Sage’, has two goals. The first goal is to explain Linear Algebra with the help of Sage. Sage is one of the most popular computer algebra system(CAS). Sage is a free and user-friendly software. Whenever the Sage codes are possible, we illustrate examples with Sage codes. The second goal is to make the book accessible to everyone in the world freely. Therefore, the pdf file of this book is free to use in class or in person. For commercial use, please contact us.

Linear Algebra is regarded as one of the most important mathematical subjects because it is used not only in natural sciences and engineering applications but also in humanities and social sciences. Nowadays, Linear Algebra is studied most actively in the 21st century.

One of the roles of mathematics in society is to suggest a possible solution by modeling a practical problem as a mathematical problem, by solving it with the idea of a system of linear equations, and by interpreting the solution in the setting of the original problem. The first computer is also based on the linear process. The study and applications of Linear Algebra grew incredibly in the later part of the 20th century.

It is interesting to note that Sylvester and Cayley, inventors of matrices, and Babbage, father of the computer, were mathematicians in the 19th century from United Kingdom. Since then, the study of matrix theory has progressed and contributed to the development of physics by the appearance of infinite dimensions and tensors.

Matrix theory in the United States of America was neglected from the European mathematical society before the Second World War. After that, because the modern computers were built and the numerical power of matrices became very useful, the matrix theory was developed well in the United Sates in the 20th century. The United States has grown as a unique super power in both theories and experiments of sciences.

| How to use Lab | https://www.youtube.com/watch?v=V0xJvW-YjWs

[CAS-Geogebra] http://www.geogebratube.org/student/b121550

[CAS-LA] http://matrix.skku.ac.kr/Lab-book/Sage-Lab-Manual-2.htm

[CAS-Sage] http://matrix.skku.ac.kr/knou-knowls/Sag-Ref.htm

Linear Algebra CONTENTS,
(Lecture and Solutions) (Korean Version)

Chapter 1. 벡터

*1.1 공학과 수학에서의 벡터: n-차원공간

(http://youtu.be/85kGK6bJLns, http://youtu.be/fbCMyh-iDCQ)

<http://matrix.skku.ac.kr/2007-CLA-Credu/01_01/main.html>

*1.2 내적과 직교

(http://youtu.be/g55dfkmlTHE , http://youtu.be/sEFj_7t_bqc)

1.3 직선과 평면의 벡터방정식

(http://youtu.be/YB976T1w0kE, http://youtu.be/avVJfeEoeVs )

(웹브라우저는 IE 보다는 크롬을 이용하기를 권합니다.)

선형대수학은 모든 분야에서 널리 이용되기 때문에 자연계는 물론 인문사회계의 학생에게도 가장 중요한 수학과목의 하나로 여겨진다. 본 교재는 자연계, 공학계, 사회과학계의 학생을 대상으로 한 학기 또는 일 년에 현대선형대수학의 입문과 응용 및 공학적 도구의 이용에 대한 폭넓은 지식을 제공하는 것을 목표로 한다.

본 교재는 이상구 교수가 지난 20년간 강의하며 개발한 강의 자료와 원고, 웹 콘텐츠, 논문과 공학적 도구 등 강의 관련 자료를 바탕으로 마련되었으며, 특히 이 책은 미국 과학재단(NSF)과 국제 선형대수학회(International Linear Algebra Society, http://www.ilasic.math.uregina.ca/iic), 미국수학회, 미국수학교육학회가 연계하여 21세기에 맞는 선형대수학 교재가 갖추어야 할 내용과 새로운 전개 방법을 제시한 Linear Algebra Curriculum Study Group (LACSG)의 가이드라인에 맞추어 학생들이 전통과 첨단이 조화된 선형대수학의 전체적인 흐름을 알고, 쉽게 내용을 이해한 후 실제 문제를 이론적으로 또 실제적으로 해결할 수 있는 능력을 갖추도록 모든 내용을 담아 쉽게 썼다.

이상구 교수가 원고를 써서 가제본을 만든 후 실제 수업에 1년간 사용하면서 김덕선-설한국-이재화 박사는 Sage 소프트웨어의 적용과 Technology 부분의 새로운 문제를 보태고 다양한 학교 및 전공의 학생에게 맞도록 윤문하고 오타를 찾으며 추가된 새로운 접근방법의 효과성을 확인하였다. 교재에 보태어 양방향 학습이 가능하도록 저자가 제공하는 홈페이지에서는 강의계획서의 예, 동영상 강의 및 문제풀이와 샘플 시험 및 정의집과 다양한 참고자료를 담았다.

Linear Algebra

(선형대수학) by SGLee

http://matrix.skku.ac.kr/2012-album/2012-LA-Lectures.htm

http://sage.skku.edu/static/mc.html (행렬계산기) 동영상설명

2012-Visual Math with Sage

Chapter 2. 선형연립방정식

2.1 선형연립방정식

2.2 Gauss 소거법과 Gauss-Jordan 소거법

*2.3 선형연립방정식의 응용

Quiz :

http://matrix.skku.ac.kr/2012-Album/CLA-Spring-Exams-Sol.pdf

Chapter 3. 행렬과 행렬대수

3.1 행렬연산

3.2 역행렬

3.3 기본행렬과 역행렬

3.4 부분공간과 일차독립

3.5 선형연립방정식의 해집합과 행렬

3.6 특수행렬들(Special matrices)

*3.7 LU-분해

Chapter 4. 행렬식

4.1 행렬식의 정의와 기본정리

http://matrix.skku.ac.kr/2012-Album/CLA_Book-Model/CLA_0516-Model.html

4.2 여인자 전개와 행렬식의 응용

4.3 크래머 공식

*4.4 행렬식의 응용

4.5 고유값과 고유벡터

*Chapter 5. 행렬모델 (Matrix Model)

5-1 Power Method: http://youtu.be/CLxjkZuNJXw

5-2 Cryptography: http://youtu.be/umTIADxsEq8

5-3 Blackout Game: http://youtu.be/_bS33Ifa29s

5-4 Markov Chains: http://youtu.be/156ezier6HQ

5-5 Google Matrix: http://youtu.be/WNUoXLh8i_E

5-6 Project: http://youtu.be/coNq48CW6Pg

Chapter 6. 선형변환

6.1 함수(변환)로서의 행렬

6.2 선형연산자의 기하학적 의미

6.3 핵과 치역

6.4 선형변환의 합성과 가역성

*6.5 컴퓨터 그래픽

Chapter 7. 차원과 부분공간

7.1 기저와 차원의 성질

http://matrix.skku.ac.kr/2007-CLA-Credu/07_01/main.html

7.2 행렬이 갖는 기본공간들

7.3 차원정리

7.4 Rank 정리

7.5 정사영(Projection) 정리

*7.6 최소제곱해(least square solution)

7.7 Gram-Schmidt의 정규직교화과정

*7.8 QR-분해; Householder transformations

7.9 좌표벡터

http://matrix.skku.ac.kr/2007-CLA-Credu/07_09/main.html

Chapter 8. 행렬의 대각화

8.4 이차형식

8.8 Hermitian, 유니타리, 정규행렬

*8.9 선형연립미분방정식

Chapter 9. 일반벡터공간

9.1 벡터공간의 공리

9.2 내적공간; *푸리에 급수

9.3 동형사상(Isomorphism)

Chapter 10. Jordan 표준형(with Sage)

10.1 점도표를 이용한 Jordan 표준형 구하기

*10.2 Jordan 표준형과 일반화된 고유벡터

10.3 Jordan 표준형과 컴퓨터 활용

http://matrix.skku.ac.kr/2012-mobile/E-CLA/10-1.html

http://matrix.skku.ac.kr/2012-mobile/E-CLA/10-1-ex.html

Final Exam:

http://matrix.skku.ac.kr/2013-Album/CLA-2012-Fall-Final-sol-F/CLA-2012-Fall-Final-sol-F.html

SKKU LA 2009- Final Exam

MATRIX THEORY :

http://matrix.skku.ac.kr/OCW-MT/index.htm

Solutions :

http://matrix.skku.ac.kr/2010-Album/2010-MT-all-Solution-v1-sglee/2010-MT-all-Solution-v1-sglee.html

Internet resources :

Sage-Reference: Link
Sage Tutorial: Link
2011-How to use Sage 2: Link
William Stein demos sage math: Link
2011-Mobile Math with Sage: Link
Sage Interact / ODE and Mandelbrot: Link
Sage Multivariable Calculus (1 of 2) by Travis: Link
Sage Multivariable Calculus (2 of 2) by Travis: Link
국내대학강의-성균관대학교-선형대수학 동영상 강의: Link