Дискретная математика и математическая кибернетика

«УТВЕРЖДАЮ»
Директор ОФ ИМ СО
РАН
профессор, д.ф.-м.н
В.А.Топчий
«____»________________2010 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в аспирантуру
по специальности 01.01.09
«Дискретная математика и математическая кибернетика »
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ И КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ
I. Математический анализ.
1. Теория пределов. Теория рядов. Основные теоремы о непрерывных функциях.
2. Основные теоремы дифференциального исчисления ( теорема о средних значениях, теорема о неявных функциях, формула Тейлора ).
3. Основные теоремы интегрального исчисления ( теоремы о замене переменных,
теоремы о повторных интегралах, формулы Грина, Остроградского, Стокса ).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
II. Основы функционального анализа.
Конечномерные вещественные пространства ( характеризация открытых, замкнутых и компактных множеств ).
Основные теоремы о сходимости последовательностей измеримых функций ( теорема Егорова ).
Определения и основные свойства интеграла Лебега. Теоремы Лебега, Леви, Фату
о предельном переходе под знаком интеграла. Теорема Фубини.
Функции ограниченной вариации и интеграл Стилтьеса.
Основные нормированные пространства. Полнота, сепарабельность, критерий
компактности, сильная и слабая сходимости.
Гильбертовы пространства. Теоремы Рисса-Фишера. Ряды и интегралы Фурье.
III. Основы ТФКП.
Условия Коши-Римана. Конформные отображения, осуществляемые элементарными функциями. Точки ветвления и римановы поверхности.
Комплексное интегрирование. Теорема Коши. Интеграл типа Коши. Теорема Морера.
Ряды Тейлора и Лорана. Изолированные особые точки аналитической функции.
Теорема единственности аналитической функции. Принцип модуля и аргумента
для аналитической функции. Элементы теории вычетов.
Бесконечные произведения. Представление целой функции в виде бесконечного
произведения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 1-3.
2. Колмогоров А. Н. и Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального
анализа.
3. Бицадзе А. В. Основы теории аналитических функций комплексного переменного.
1
ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
I. Системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка.
Теоремы существования и единственности решения задачи Коши для дифференциального уравнения и нормальной системы. Зависимости решения от начальных
условий и от параметров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петровский И. Г. Лекции по теории обыкновенных дифференциальных уравнений.
АЛГЕБРА
I. Основные понятия алгебры.
Алгебраическая система. Изоморфизм. Группа. Кольцо. Поле. Поле комплексных
чисел. Кольцо многочленов. Кольцо матриц. Группа подстановок.
II. Векторные пространства.
База и ранг системы векторов. Изоморфизм любого пространства некоторому пространству строк. Преобразование координат вектора при смене базиса пространства.
Фактор-пространство. Размерность суммы, пересечения, фактор-пространства.
III. Системы линейных уравнений.
Теорема о ранге матриц. Теорема Кронекера-Капелли. Общее решение системы линейных уравнений ( определение и отношение ). Однородные системы ( пространство решений, фундаментальные системы решений ).
IV. Многочлены.
Делимость многочленов ( алгоритмы деления с остатком, наибольший общий делитель, алгоритм Евклида ). Разложение на неприводимые множители. Корни и значения ( теорема Безу, формула Тейлора, интерполяционный многочлен ). Основная
теорема о комплексных числах.
V. Линейные преобразования векторных пространств.
Изоморфизмы с алгеброй матриц. Образ, ядра, ранг и дефект линейного преобразования. Невырожденные преобразования. Инвариантность пространства.
VI. Евклидовы и унитарные пространства.
Процесс ортогонализации, изоморфизм евклидовых ( унитарных ) пространств, ортогональные и симметрические преобразования.
VII. Квадратичные формы.
Поведение матриц квадратичной формы при линейной замене переменных. Приведение квадратичной формы к каноническому виду. Закон инерции действительной
квадратичной формы. Положительно определенные формы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курош А. Г. Курс высшей алгебры.
2. Мальцев А. И. Основы линейной алгебры.
2
ГЕОМЕТРИЯ
I. Афинные и ортонормальные системы координат.
Формулы замены координат. Вычисление скалярных произведений длин отрезков,
углов.
II. Геометрические основы теории определений.
Одинаково и противоположно ориентированные реперы, ориентация пространства.
Вычисление объема параллелепипеда, построенного по реперу, через координаты
составляющих вектора. Геометрический смысл детерминанта матрицы Грамма. Векторное и смешанное произведение в 3-х мерном ориентированном евклидовом пространстве.
III. Афинные подпространства.
Задание афинного подпространства параметрическим уравнением и системой уравнений 1-й степени. Определение взаимного расположения, расстояний и углов по
коэффициентам уравнений.
IV. Афинные и ортогональные отображения.
Связь афинных отображений с системами линейных уравнений. Существование и
единственность афинного отображения, имеющего заданные значения в заданных
точках. Афинные свойства фигур ( прямолинейность, выпуклость, связность и т.п. ).
Инвариантные подпространства афинных и ортогональных преобразований. Разложение афинного отображения в произведение растяжения и ортогонального отображения.
V. Линии и поверхности 2-го порядка.
Алгебраические поверхности. Пересечение алгебраической поверхности с прямой,
условие касания. Линия второго порядка ( фокусы, асимптоты, оптические свойства
). Строение поверхностей 2-го порядка. Алгоритмы отыскания канонического уравнения и главных осей поверхности, заданной общим уравнением 2-й степени. Метод
Лагранжа ( метод выделения полных квадратов ) для определения афинного типа
поверхности 2-го порядка.
VI. Теория кривых.
Кривизна кривой. Соприкасающаяся плоскость, главная нормаль и бинормаль. Кручение кривой. Теорема о задании кривой натуральными уравнениями.
VII. Теория поверхности.
Первая и вторая квадратичные формы. Универсальная связь между первой и второй
квадратичными формами поверхности. Понятие о внутренней геометрии поверхностей и ее многомерном обобщении ( римановой геометрии ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Погорелов А. В. Аналитическая геометрия.
2. Погорелов А. В. Дифференциальная геометрия.
3
ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
1. Пространство элементарных событий (ЭС). Построение вероятностей для дискретного пространства ЭС. Классическое определение вероятности.
2. Определение вероятности для произвольного пространства ЭС. Вероятностное
пространство. Теорема о непрерывности вероятности. Геометрическая вероятность.
3. Определение случайной величины (СВ). Ступенчатые СВ. Сходимость по вероятности и почти наверное. Теорема о связи между функциональной зависимостью
СВ и измеримостью относительно соответствующей -алгебры.
4. Определение условной вероятности одного события относительно другого. Независимость событий. Формула полной вероятности. Формула Байеса.
5. Определение условной вероятности события относительно СВ.
6. Математическое ожидание (МО). Моменты. Условное МО одной СВ относительно другой.
7. Независимость СВ. МО произведения СВ.
8. Дисперсия и ее свойства. Ковариация. Неравенство Чебышева и его обобщения.
9. Одновременные функции распределения (ФР.). Плотность. Представление ФР в
виде суммы троих компонентов.
10. Формула для МО функции от СВ.
11. примеры ФР.
12. Многомерные ФР. Согласованность. Плотность. Вероятность попадания в прямоугольник. Построение вероятностной меры в R по ФР. Независимость СВ в
терминах ФР.
13. Коэффициент корреляции.
14. Многомерное нормальное распределение.
15. Слабая сходимость ФР. Другие виды сходимости ФР.
16. Определения и простейшие свойства характеристической функции ХФ. Семинварианты. ХФ основных законов распределения.
17. Формулы общения. Поведение ХФ на бесконечности. Решетчатые распределения. Формула для суммы квадратов скачков ФР.
18. Многомерные ХФ и их свойства.
19. ХФ многомерного нормального закона.
20. Связь между слабой сходимостью ФР и сходимостью ХФ.
21. Последовательные испытания. Независимые испытания. Схема Бернулли. Формула Бернулли. Формула для числа успехов в схеме Бернулли.
22. Последовательность независимых СВ. Построение соответствующей вероятностной меры.
23. Лемма Бореля-Кантелли.
24. Закон больших чисел.
25. Усиленный закон больших чисел.
26. Закон нуля или единицы Колмогорова.
27. Центральная предельная теорема.
28. Локальная предельная теорема.
29. Теорема Пуассона.
30. Конечные и счетные цепи Маркова. Классификация состояний.
31. Эргодическая теорема для цепей Маркова.
32. ветвящиеся процессы.
33. Основные понятия теории информации.
4
ЛИТЕРАТУРА
1. Гнеденко Б. Г. Курс тории вероятностей.
2. Феллер Б. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т. 1, 2.
3. Неве Ж. Математические основы теории вероятностей.
4. Боровков А. А. Лекции по теории вероятностей.
5. Фанг Р. Передача информации. Статистическая теория связи.
6. Лоэв М. Теория вероятностей.
ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА
I.Элементы теории графов.
Графы, типы графов. Пути, цепи, маршруты, связность; слабаяодносторонняя и
сильная связность; достижимость. Компоненты связности. Контуры и циклы. Деревья. Эйлеровы и гамильтовы цепи и циклы. Паросочетания в дудольных графах.
Теорема Кенига-Холла. Покрытие ребер вершинами. Паросочетания, совершенные
паросочетания в обыкновенных графах.
II.Элементы дискретного анализа.
Функции алгебры логики. Формулы, реализация функций формулами. Эквивалентность формул и свойства элементарных функций. Двойственность, принцип
двойственности. Полнота и замкнутось. Совершенная нормальная форма (НФ).
ДНФ, КНФ, Минилальная НФ, тупиковая НФ. Синтез схем, функция Шеннона.
Алфавитные коды и их свойства. Избыточность, код оптимальный и близкий к
оптимальному, коды Фано и Шеннона. Код Хэмминга, кодирование и декодирование.
Задачи исследования операций и алгоритмическая сложность
комбинаторных задач.
Массовая индивидуальная задачи. Математическое моделирование.Типовые
принятия решений. Примеры. Задачи распознования свойств. Машина Тьюринга.
Классы P и NP. Полиноминальная сводимостьи NP-полные задачи. NP- трудные задачи.
Примеры. Задача отыскания кратчайшей связывающей сети. Задача о назначении. Задача о ранце. Задача коммивояжера.
Динамическое программирование. Методы ветвей и границ. Характеристики приближенных алгоритмов.
III.
IV. Математическое программирование
Задачи линейного программирования. Алгоритм симплекс-метода (СМ) с использованием симплексных таблиц. Конечность СМ. Вырожденность. Лексикографический вариант СМ. Модифицированный СМ. Двойственные задачи линейного
программирования и теоремы двойстенности. Двойственный СМ.
Задачи нелинейного программирования. Теоремы отделимости выпуклых функций. Седловые точки функций Лагранжа и теорема Куна-Таккера. Градиентные методы и метод Ньютона для задач без ограничений; теоремы о сходимости. Метод
возможных направлений и методы штрафных функций для задач с ограничениями.
5
V. Линейное программирование.
Прямая и двойственная задача линейного программирования. Метод последовательного улучшения допустимого вектора. Минимизация выпуклого функционала на выпуклом множестве. Использование штрафных функций. Метод сопряженных градиентов.
ЛИТЕРАТУРА
Емеличев В.А., Мельников О.И., Сарванов В.И., Тышкевич Р.И. Лекции по теории
графов. М., Наука, 1991.
Дискретная математика и математические вопросы кибернетики. Ред. Яблонский
С.В. и Лупанов О.Б. – М., Мир, 1974.
Гэри М.Р., Джонсон Д.С. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. М.,
Наука, 1982.
Вентцель Е.С. исследование операций. М., Сов. Радио, 1965.
6