Inferenza bayesiana

La caratteristica di Eulero è un invariante topologico, un numero che descrive la struttura o la forma di uno spazio topologico indipendentemente da come viene piegato. Per i poliedri, è definita dalla formula [latex]\chi = V - E + F[/latex], dove V, E e F sono rispettivamente il numero di vertici, spigoli e facce. Per una sfera, [latex]\chi = 2[/latex], mentre per un toro, [latex]\chi = 0[/latex].

È uno dei primi problemi di probabilità geometrica ed è considerato un precursore del metodo Monte Carlo. Si tratta di far cadere un ago di lunghezza [latex]l[/latex] su un pavimento con linee parallele distanti [latex]t[/latex]. La probabilità che l'ago attraversi una linea è [latex]P = \frac{2l}{\pi t}[/latex] (per [latex]l \le t[/latex]). Si tratta di un esperimento fisico per stimare [latex]\pi[/latex].

Il teorema di Parseval mette in relazione l'energia totale di un segnale (l'integrale del suo quadrato su un periodo) con la somma delle energie al quadrato delle componenti della sua serie di Fourier. Per una funzione [latex]s(x)[/latex] con periodo [latex]P[/latex], il teorema afferma: [latex]\frac{1}{P} \int_P |s(x)|^2 , dx = \sum_{n=-\infty}^{\infty} |c_n|^2[/latex], dove [latex]c_n[/latex] sono i coefficienti complessi di Fourier.

Una serie di Fourier scompone qualsiasi funzione o segnale periodico in una somma di semplici funzioni oscillanti, ovvero seni e coseni. Per una funzione [latex]s(x)[/latex] con periodo [latex]P[/latex], la serie è data da [latex]s(x) \approx \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^{\infty} \left[ a_n \cos\left(\frac{2\pi n x}{P}\right) + b_n \sin\left(\frac{2\pi n x}{P}\right)\right][/latex]. I termini [latex]a_n[/latex] e [latex]b_n[/latex] sono i coefficienti di Fourier.

Il Teorema Egregium (in latino "Teorema notevole") afferma che la curvatura gaussiana di una superficie è una proprietà intrinseca. Ciò significa che dipende solo dal modo in cui le distanze sono misurate sulla superficie stessa, non da come la superficie è inserita nello spazio tridimensionale. Un foglio di carta piatto può essere arrotolato in un cilindro ma non in una sfera senza allungarsi.

Affinché una serie di Fourier converga al valore della funzione, la funzione deve soddisfare le condizioni di Dirichlet su un periodo. Queste sono: (1) la funzione deve essere assolutamente integrabile, (2) deve avere un numero finito di estremi (massimi e minimi) e (3) deve avere un numero finito di discontinuità finite.

Teorema fondamentale della topologia e della geometria secondo il quale, per qualsiasi poliedro convesso, il numero di vertici (V), spigoli (E) e facce (F) è legato dalla formula [latex]V - E + F = 2[/latex]. Questo valore, 2, è la caratteristica di Eulero di una sfera, che rivela una profonda proprietà topologica indipendente dalla forma specifica del poliedro.

Il teorema di Bayes descrive la probabilità di un evento sulla base della conoscenza preliminare delle condizioni che potrebbero essere correlate all'evento stesso. Si tratta di un concetto fondamentale nella teoria della probabilità e nella statistica. Matematicamente, è espresso come [latex]P(A|B) = \frac{P(B|A)P(A)}{P(B)}[/latex], dove A e B sono eventi e [latex]P(B) \neq 0[/latex]. Mette in relazione le probabilità condizionate e marginali di due eventi casuali.

Equazione differenziale parziale ellittica lineare del secondo ordine che descrive sistemi in condizioni di equilibrio o di stato stazionario. Si scrive come [latex]nabla^2 u = 0[/latex] o [latex]Delta u = 0[/latex], dove [latex]nabla^2[/latex] (o [latex]Delta[/latex]) è l'operatore di Laplace. Le soluzioni, chiamate funzioni armoniche, sono le funzioni più uniformi possibili e rappresentano i potenziali in campi come l'elettrostatica, la gravitazione e il flusso dei fluidi.

Un approccio standard per approssimare le soluzioni di sistemi sovradeterminati trovando i parametri del modello che minimizzano la somma delle differenze al quadrato tra i valori osservati e quelli previsti. Questa somma è nota come somma dei residui quadrati (SSR). L'obiettivo è trovare i parametri [latex]\hat{\beta}[/latex] che minimizzano la funzione [latex]S(\beta) = \sum_{i=1}^{n} (y_i - x_i^T \beta)^2[/latex].

Equazione differenziale parziale parabolica lineare fondamentale del secondo ordine che descrive la distribuzione del calore o altri processi di diffusione. La sua forma canonica è [latex]\frac{parziale u}{parziale t} = \alpha \nabla^2 u[/latex], dove [latex]u(\vec{x},t)[/latex] è la temperatura, [latex]t[/latex] è il tempo e [latex]\alpha[/latex] è la diffusività termica. Le soluzioni modellano l'evoluzione della distribuzione iniziale della temperatura, attenuando le irregolarità nel tempo e avvicinandosi a uno stato stazionario.

I coefficienti della serie di Fourier di una funzione [latex]s(x)[/latex] con periodo [latex]P[/latex] sono calcolati utilizzando formule integrali. La componente DC è [latex]a_0 = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) , dx[/latex]. I coefficienti coseno sono [latex]a_n = \frac{2}{P} int_{P} s(x) \cos\left(\frac{2pi n x}{P}\right) , dx[/latex], mentre i coefficienti seno sono [latex]b_n = \frac{2}{P} \int_{P} s(x) \sin\left(\frac{2\pi n x}{P}\right) , dx[/latex] per [latex]n ge 1[/latex].

Una soluzione fondamentale di un operatore differenziale parziale lineare [latex]L[/latex] è una soluzione dell'equazione [latex]Lu = delta(x)[/latex], dove [latex]delta(x)[/latex] è la funzione delta di Dirac. Essa rappresenta la risposta del sistema a una sorgente puntiforme o a un impulso. Una volta nota, la soluzione dell'equazione disomogenea [latex]Lu = f(x)[/latex] può essere trovata mediante convoluzione: [latex]u(x) = (G * f)(x)[/latex], dove [latex]G[/latex] è la soluzione fondamentale.

Il teorema di Gauss-Bonnet collega la geometria di una superficie bidimensionale compatta alla sua topologia. Esso afferma che l'integrale della curvatura gaussiana [latex]K[/latex] sull'intera superficie [latex]M[/latex] è uguale a [latex]2\pi[/latex] per la caratteristica di Eulero [latex]\chi(M)[/latex] della superficie. La formula è [latex]int_M K \, dA = 2\pi \chi(M)[/latex].