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공업수학 · 공대 공통 도구

모든 공대생의 도구상자

전공으로 들어가기 전, 공식을 눈으로 이해하고 빠르게 써먹는 법.

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선형대수와 행렬벡터·변환·고유값·분해
01벡터는 움직임이다
벡터는 움직임이자 숫자쌍, 기본 방향들의 조합으로 모든 점을 짓는다
#GPS좌표#드론비행#게임캐릭터이동
02선형성은 쪼개도 된다는 약속이다
쪼개서 따로 풀고 다시 더해도 똑같다는 성질, 모든 분해의 근거
#오디오믹싱#신호분해#이미지필터
03행렬은 변환이다
행렬은 표가 아니라 공간을 통째로 움직이는 동작
#게임그래픽#이미지회전#로봇팔
04행렬식은 넓이 배율이다
행렬식은 그 변환이 넓이를 몇 배로 키우는지
#3D렌더링#지도축척#이미지확대
05연립방정식은 변환 거꾸로다
연립방정식은 변환을 거꾸로 되감아 입력을 찾는 것
#회로해석#구조설계#내비게이션
06고유벡터는 방향이 안 변하는 벡터다
변환이 방향을 안 바꾸고 늘이기만 하는 방향 (고유값=그 배수)
#구글검색순위#얼굴인식#건물진동
07좌표는 보는 관점이다
같은 벡터도 어떤 기저로 읽느냐에 따라 좌표가 달라지고, 옳은 기저는 변환을 단순하게 만든다
#기저변환#특징공간#데이터표현
08투영은 가장 가까운 그림자다
투영은 직선이나 평면 위 가장 가까운 점, 그 차이는 늘 수직이고, 데이터에 쌓으면 최소제곱이 된다
#최소제곱#회귀#직교투영
09SVD는 회전·늘이기·회전이다
어떤 행렬이든 회전·축 늘이기·회전 세 단계, 단위원은 타원이 되고 특이값이 그 반지름이다
#특이값분해#차원축소#데이터압축
10주성분은 가장 퍼진 방향이다
데이터 구름에서 가장 많이 퍼진 방향을 찾고, 주성분은 공분산 행렬의 고유벡터이며 그 방향만 남기면 차원이 준다
#주성분분석#고유벡터#차원축소
11내적은 닮음을 잰다
내적은 길이와 방향의 닮음을 한꺼번에 담고, 길이를 떼면 코사인 유사도가 되어 검색과 추천의 핵심이 된다
#코사인유사도#임베딩#추천시스템
12내적은 공간에 기하를 부여한다
내적은 길이·각·직교를 정의하는 일반 구조, 가중치를 바꾸면 기하가 휘고 함수도 벡터가 된다
#내적공간#노름#푸리에
13그람-슈미트는 비뚤어진 기저를 곧게 편다
비뚤어진 기저에서 투영을 빼며 직교정규기저를 만든다, QR의 Q가 바로 이것이다
#직교정규기저#직교화#QR
14QR은 행렬을 회전과 삼각형으로 가른다
A=QR, 직교행렬 Q와 상삼각 R로 가르면 최소제곱을 안정적으로 푼다
#QR분해#직교행렬#최소제곱
15행렬식은 부피로 자라난다
2×2 넓이를 넘어 n차원 부호 있는 부피, 여인수전개로 계산하고 크라메르로 연립을 푼다
#여인수전개#크라메르공식#부호있는부피
16텐서는 수·벡터·행렬의 사다리다
수·벡터·행렬은 텐서 사다리의 첫 칸, 외적은 랭크1을 만들고 행렬은 그 합이다
#텐서#외적#다중선형
17대각화는 고유기저에서 늘이기만 남긴다
A=PDP⁻¹로 고유기저에서 보면 변환은 그저 늘이기, 대칭행렬은 직교 고유벡터로 대각화된다
#대각화#스펙트럼정리#거듭제곱
18행렬은 공간을 네 부분으로 가른다
열공간·영공간·행공간으로 갈리고 계수+퇴화=n, 해가 0개·1개·무한개인지 정한다
#열공간#영공간#계수퇴화정리
19이차형식은 고유값이 정하는 그릇이다
xᵀAx는 고유벡터가 축이고 고유값이 곡률인 그릇, 부호가 최소·최대·안장을 가른다
#이차형식#양정치성#최적화
복소수와 복소해석회전·지수·등각사상
미분방정식기울기장·진동·위상평면
벡터해석장·발산·회전·큰정리
27장은 모든 점에 값을 붙인다
스칼라 장은 점마다 숫자, 벡터 장은 점마다 화살표, 장은 함수이자 흐름
#일기예보#유체흐름#온도분포
28그래디언트는 가장 가파른 오르막을 가리킨다
값이 가장 빨리 커지는 방향, 등고선과 직각, −∇f는 경사하강, ∇f=0은 최적점
#경사하강#열흐름방향#등산경로
29발산은 한 점에서 새어 나오는 양이다
한 점에서 순수하게 새어 나오는 양, 샘은 양수 싱크는 음수, 작은 고리의 플럭스가 발산이다
#유체발산#샘과싱크#공기흐름
30회전은 그 자리 소용돌이의 세기다
그 자리 소용돌이의 세기와 방향, 반시계는 양수 시계는 음수, 작은 고리의 순환이 회전이다
#소용돌이#난류#회전흐름
31선적분은 길을 따라 쌓은 일이다
벡터를 길을 따라 누적한 일, 일반적으로 경로에 의존하지만 보존장에서는 경로와 무관하다
#한일계산#보존력장#경로의존
32큰 정리는 안과 경계를 잇는다
안의 발산 합은 경계의 플럭스, 안의 회전 합은 경계의 순환, 가우스와 스토크스가 안과 경계를 잇는다
#가우스정리#스토크스정리#보존법칙
33라플라시안은 이웃 평균과의 차다
한 점이 이웃 평균보다 얼마나 솟거나 패였나, 그래디언트의 발산이며 확산과 조화함수를 낳는다
#열확산#조화함수#이미지블러
34보존장은 퍼텐셜에서 흘러나온다
회전이 0인 장은 퍼텐셜의 그래디언트이고 경로와 무관하며 닫힌 고리 적분이 0이다
#퍼텐셜에너지#중력장#에너지보존
35그래디언트는 안 돌고 회전은 안 샌다
그래디언트의 회전과 회전의 발산은 항상 0, 모든 장은 샘 성분과 소용돌이 성분으로 갈린다
#헬름홀츠분해#스트림함수#벡터퍼텐셜
36큰 정리의 진짜 무대는 3차원이다
곡면을 가로지르는 플럭스, 발산정리는 부피의 발산 합, 스토크스는 경계 순환을 곡면 회전과 잇는다
#가우스정리#스토크스정리#유체역학
확률과 통계표본공간·분포·기댓값·정규분포
수치해석과 근사테일러·뉴턴·오일러·오차
41테일러는 곡선을 다항식으로 흉내낸다
한 점 둘레로 다항식을 쌓아 곡선을 흉내내고, 중심에서 멀수록 오차가 커진다
#소각근사#계산기#머신러닝
42급수는 멀어지면 무너진다
멱급수는 수렴반경 안에선 한 값으로 모이고 밖에선 발산한다, 비율판정과 경계
#멱급수#수렴#신호근사
43뉴턴법은 접선으로 뿌리를 쫓는다
접선이 가리키는 곳으로 뛰어 뿌리에 빠르게 수렴, 실패 경우와 끌림 영역까지
#방정식풀이#최적화#수치해법
44반복은 한 점으로 빨려든다
x를 g(x)로 거듭 보내면 고정점으로 수렴, 기울기가 1보다 작아야 빨려든다
#반복법#수렴#추천시스템
45오일러법은 기울기로 한 걸음씩 간다
미분방정식의 기울기를 따라 직선으로 한 걸음씩, 걸음이 크면 오차가 폭발한다
#미분방정식#시뮬레이션#물리엔진
46적분 근사는 넓이를 조각으로 잰다
직사각형, 사다리꼴, 심프슨으로 곡선 아래 넓이를 재고 조각이 많을수록 정확해진다
#적분#심프슨법#데이터분석
47오차는 걸음 크기가 정한다
오차는 걸음 크기의 차수만큼 줄어든다, 정확도와 안정성과 비용의 줄다리기
#수렴차수#안정성#수치오차
48보간은 점 사이를 매끄럽게 잇는다
점들을 지나는 함수로 빈칸을 메우기, 라그랑주 기저와 룽게 현상, 체비쇼프 노드와 스플라인
#CAD곡선#애니메이션#데이터복원
49컴퓨터는 수를 근사로만 안다
컴퓨터의 부동소수점 한계, 머신 엡실론과 반올림 누적, 치명적 상쇄와 조건수
#수치안정성#정밀도#디버깅
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