เนื่องจากค่อนข้างทั่วไปและการเปลี่ยนแปลงในความคล้ายคลึงโคไซน์ขึ้นอยู่กับและโดยเฉพาะและความสัมพันธ์ของพวกเขากับจึงไม่มีสูตรที่แน่นอน อย่างไรก็ตามมีข้อ จำกัด ในทางปฏิบัติที่คำนวณได้ว่าค่าความคล้ายคลึงโคไซน์สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากแค่ไหน พวกเขาสามารถพบได้โดยการลดมุมระหว่างและเนื่องจากความคล้ายคลึงกันระหว่างและเป็นค่าที่ระบุคือ (โดยที่เป็นมุมระหว่างและ ) คำตอบบอกเราว่ามุมไหนMABMMAMBABcos(2ϕ)2ϕAB2ϕอาจจะสามารถงอได้โดยการเปลี่ยนแปลงMM
การคำนวณขู่ว่าจะยุ่ง ตัวเลือกที่ชาญฉลาดของสัญกรณ์พร้อมกับการทำให้เข้าใจง่ายเบื้องต้นลดความพยายาม ปรากฎว่าการแก้ปัญหาในสองมิติเผยให้เห็นทุกสิ่งที่เราต้องรู้ นี่เป็นปัญหาที่สามารถจัดการได้ขึ้นอยู่กับตัวแปรจริงเพียงตัวเดียวซึ่งแก้ไขได้อย่างง่ายดายโดยใช้เทคนิคแคลคูลัส อาร์กิวเมนต์เรขาคณิตอย่างง่ายขยายการแก้ปัญหานี้ไปยังหมายเลขของมิติใด ๆnθn
รอบคัดเลือกทางคณิตศาสตร์
ตามคำนิยามโคไซน์ของมุมระหว่างสองเวกเตอร์และนั้นได้มาจากการทำให้พวกมันเป็นความยาวของหน่วย ดังนั้น,AB
A′B(A′A)(B′B)−−−−−−−−−−√=cos(2ϕ)
และเขียน , โคไซน์ของมุมระหว่างรูปภาพของและภายใต้การแปลงคือΣ=M′MABM
(MA)′(MB)((MA)′(MA))((MB)′(MB))−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√=A′ΣB(A′ΣA)(B′ΣB)−−−−−−−−−−−−√.(1)
สังเกตว่ามีเพียงเท่านั้นที่มีความสำคัญในการวิเคราะห์Σไม่ใช่ตัวดังนั้นเราจึงอาจใช้ประโยชน์จากการสลายตัวของเอกพจน์ (SVD)ของเพื่อทำให้ปัญหาง่ายขึ้น จำได้ว่าสิ่งนี้เป็นการแสดงออกว่าเป็นผลิตภัณฑ์ (จากขวาไปซ้าย) ของเมทริกซ์มุมฉากเมทริกซ์ทแยงมุมและเมทริกซ์มุมฉาก :MMMV′DU
M=UDV′.
กล่าวอีกนัยหนึ่งมีพื้นฐานของเวกเตอร์ที่มีสิทธิพิเศษ (คอลัมน์ของ ) ซึ่งทำหน้าที่โดยการ rescaling แต่ละแยกจากกันโดยรายการเส้นทแยงมุมของ (ซึ่งฉันจะเรียก ) และหลังจากนั้นใช้การหมุน (หรือการหมุน)กับผลลัพธ์ ที่หมุนรอบสุดท้ายจะไม่เปลี่ยนความยาวหรือมุมใด ๆ และดังนั้นจึงไม่ควรมีผลต่อ\คุณสามารถดูสิ่งนี้ได้อย่างเป็นทางการพร้อมการคำนวณe1,…,enVMeiithDdiUΣ
Σ=M′M=(UDV′)′(UDV′)=VD(U′U)DV′=VD2V′.
ดังนั้นเพื่อศึกษาเราได้อย่างอิสระอาจแทนที่โดยเมทริกซ์อื่น ๆ ที่ก่อให้เกิดค่าเดียวกันใน(1)โดยการสั่งซื้อเพื่อให้ลดขนาดลง (และสมมติว่าไม่ใช่ศูนย์เหมือนกัน) ตัวเลือกที่ดีของคือΣM(1)eidiMM
M=1d1DV′.
องค์ประกอบเส้นทแยงมุมของคือ(1/d1)D
1=d1/d1≥λ2=d2/d1≥λ3=d3/d1≥⋯≥λn=dn/d1≥0.
โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบของ (ไม่ว่าจะอยู่ในรูปแบบดั้งเดิมหรือที่มีการเปลี่ยนแปลง) ในทุกมุมมองถูกกำหนดโดยความจริงที่ว่าM
Mei=λiei.
วิเคราะห์กรณีพิเศษ
ให้ 2 เนื่องจากการเปลี่ยนความยาวของเวกเตอร์ไม่เปลี่ยนมุมระหว่างพวกเขาเราอาจถือว่าและเป็นเวกเตอร์หน่วย ในระนาบเวกเตอร์ทั้งหมดนั้นอาจถูกกำหนดโดยมุมที่พวกเขาทำกับทำให้เราเขียนได้n=2ABe1
A=cos(θ−ϕ)e1+sin(θ−ϕ)e2.
ดังนั้น
B=cos(θ+ϕ)e1+sin(θ+ϕ)e2.
(ดูรูปด้านล่าง)
การประยุกต์ใช้เป็นเรื่องง่าย: การแก้ไขพิกัดแรกของและและคูณพิกัดที่สองของพวกเขาโดย\ดังนั้นมุมจากถึงคือMABλ2MAMB
f(θ)=arctan(λ2tan(θ+ϕ))−arctan(λ2tan(θ−ϕ)).
เพราะเป็นฟังก์ชั่นอย่างต่อเนื่อง, ความแตกต่างของมุมนี้เป็นฟังก์ชั่นอย่างต่อเนื่องของ\ในความเป็นจริงมันแตกต่างกัน นี้จะช่วยให้เราสามารถหามุมที่รุนแรงโดยการตรวจสอบศูนย์ของอนุพันธ์theta) อนุพันธ์นั้นตรงไปตรงมาเพื่อคำนวณ: มันเป็นอัตราส่วนของฟังก์ชันตรีโกณมิติ ค่าศูนย์สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในศูนย์ของตัวเศษดังนั้นอย่ากังวลกับการคำนวณตัวส่วน เราได้รับMθf′(θ)
f′(θ)=λ2(1−λ2)(λ2+1)sin(2θ)sin(2ϕ)∗.
กรณีพิเศษของ , , และเป็นที่เข้าใจได้ง่าย: พวกมันสอดคล้องกับสถานการณ์ที่อยู่ในอันดับที่ลดลง (และทำให้สควอชทั้งหมดบนเส้น); โดยที่คือเมทริกซ์เอกลักษณ์หลายตัว และที่และเป็นแบบขนาน (ซึ่งมุมระหว่างพวกเขาไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่คำนึงถึง ) กรณีเป็นจรรยาบรรณโดยสภาพ0λ2=0λ2=1ϕ=0MMABθλ2=−1λ2≥0
นอกเหนือจากกรณีพิเศษเหล่านี้ค่าศูนย์เกิดขึ้นเฉพาะที่นั่นคือหรือ 2 ซึ่งหมายความว่าสายที่กำหนดโดย bisects มุมABตอนนี้เรารู้แล้วว่าค่าสุดขีดของมุมระหว่างและต้องอยู่ในค่าของดังนั้นให้คำนวณดังนี้sin(2θ)=0θ=0θ=π/2e1ABMAMBf(θ)
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)).
โคไซน์ที่สอดคล้องกันคือ
cos(f(0))=1−λ22tan(ϕ)21+λ22tan(ϕ)2(2)
และ
cos(f(π/2))=1−λ22cot(ϕ)21+λ22cot(ϕ)2=tan(ϕ)2−λ22tan(ϕ)2+λ22.(3)
บ่อยครั้งก็เพียงพอที่จะเข้าใจว่าบิดเบือนมุมฉากอย่างไร ในกรณีนี้นำไปสู่ซึ่งคุณอาจเสียบเข้ากับสูตรก่อนหน้าM2ϕ=π/2tan(ϕ)=cot(ϕ)=1
โปรดสังเกตว่าเล็กลงจะยิ่งมุมเหล่านี้รุนแรงมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งบิดเบือนมากขึ้นλ2
ตัวเลขนี้แสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่าที่สี่ของเวกเตอร์และแยกจากกันโดยมุมของ 3 วงกลมหน่วยและภาพรูปไข่ของตนภายใต้มีสีเทาสำหรับการอ้างอิง (กับการกระทำของสม่ำเสมอให้ปรับแต่งหน้า ) ส่วนหัวของรูปที่แสดงให้เห็นค่าของ , จุดกึ่งกลางของและBและใกล้เคียงที่สุดสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อถูกแปลงเป็นรูปแบบที่อยู่ทางซ้ายด้วยAB2ϕ=π/3MMλ1=1θABABMθ=0. ไกลออกจากกันพวกเขาสามารถกำหนดค่าเช่นเดียวที่ถูกต้องกับที่ 2 มีการแสดงความเป็นไปได้สองระดับกลางθ=π/2
ทางออกสำหรับทุกมิติ
เราได้เห็นวิธีการทำหน้าที่โดยการขยายมิติแต่ละโดยปัจจัย\สิ่งนี้จะบิดเบือนหน่วยทรงกลมไปเป็นรูปวงรี ตรวจสอบแกนหลัก มีระยะห่างจากจุดกำเนิดพร้อมแกนเหล่านี้จะทรงรี ดังนั้นที่เล็กที่สุดเป็นระยะทางที่สั้นที่สุด (ในทิศทางใดก็ได้) จากต้นกำเนิดถึงทรงรีและที่ใหญ่ที่สุดเป็นระยะทางไกลที่สุด (ในทิศทางใดก็ได้) จากต้นกำเนิดถึงทรงรีMiλi{A|A′A=1}eiλiλnλ1
ในมิติที่สูงขึ้น ,และเป็นส่วนหนึ่งของพื้นที่สองมิติ แผนที่วงกลมหน่วยในสเปซนี้ลงในจุดตัดของทรงรีที่มีเครื่องบินที่มีและMBจุดตัดนี้เป็นการบิดเบี้ยวเชิงเส้นของวงกลมเป็นวงรี เห็นได้ชัดว่าระยะทางไกลเพื่อวงรีนี้คือไม่เกินและระยะทางที่สั้นที่สุดคือไม่น้อยกว่า\n>2ABMMAMBλ1=1λn
เมื่อเราสังเกตที่ส่วนท้ายของหัวข้อก่อนหน้าความเป็นไปได้ที่มากที่สุดคือเมื่อและตั้งอยู่ในระนาบที่ประกอบด้วยสองตัวซึ่งอัตราส่วนของนั้นมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในระนาบ เรามีทางออกสำหรับกรณีนี้แล้วABeiλie1,en
สรุปผลการวิจัย
สุดขั้วของโคไซน์คล้ายคลึงกันสำเร็จโดยใช้สองเวกเตอร์ที่มีความคล้ายคลึงกันโคไซน์จะได้รับจากและ(3)พวกเขาบรรลุโดยตั้งฉากและในมุมที่เท่ากันกับทิศทางที่ยาวที่สุดเวกเตอร์ใด ๆ (เช่นทิศทาง ) และแยกพวกมันไปในทิศทางที่ทำให้เวกเตอร์ใดยาวที่สุดน้อยที่สุด ( เช่นทิศทาง )Mcos(2ϕ)(2)(3)ABΣ=M′Me1Σen
สุดขั้วเหล่านี้สามารถคำนวณได้ในแง่ของ SVD ของMM