Matematika pro ekonomickou praxi 1 in Fiser 2. října 2025 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 1/45 Co je to lineární algebra? • Algebra = počítání se symboly, nejen s čísly. o Lineární = přímkový, jednoduchý, bez složitých křivek, o Vektory = seznamy čísel (např. údaje o firmě). • Matice = tabulky čísel (např. účetní výkazy, data v Excelu). 9 Soustavy rovnic = více podmínek najednou (rozpočet, kapacita, poptávka). • Pro ekonomy: základní jazyk pro modelování, analýzu dat, rozhodování. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 2/45 Historie pojmu „vektor" • Mladý pojem: objevuje se až v 19. století v souvislosti s fyzikou a novými číselnými systémy. • Na rozdíl od geometrie: ta má tisíciletou tradici, vektory v dnešní podobě existují teprve dvě století. o Etymologie: ► vector (lat.) = „nosič, přenašeč" ► od slovesa vehere = „nést, vézt" • Význam: vektor „přenáší" bod z jednoho místa na jiné - určuje směr a velikost posunu. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 3/45 Vektory a operace s nimi • r?-rozměrný vektor (uspořádaná r?-tice reálných čísel) x — (xi, X2,..., xn) G Kn, r? G N, x; G IR, / = 1,..., n ► x/, / = 1,..., n — i-tá složka vektoru Ú • součet dvou vektorů z W1 (musí mít stejný rozměr): u + ý = (xi,x2,... ,x„) + (yi,y2,... ,yn) = (xi +yi,x2 +y2,... ,x„ + y„) G íť7. ► výsledkem je opět n-rozměrný vektor, ► (2,3)+ (1,-1) = (2+ 1,3-1) = (3,2). Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 4/45 Násobení vektoru číslem Definice: Násobení vektoru a — (ai, a2,..., an) reálným číslem (skalárem) k spočívá v tom, že každý prvek vektoru vynásobíme tímto číslem: k • a — (/c • ai, /c • a2,..., /c • an) Vlastnosti: • Výsledkem násobení vektoru číslem je nový vektor ve stejném směru jako původní vektor (pokud k > 0). • Pokud k < 0, výsledný vektor směřuje opačným směrem. • Pokud k = 0, výsledkem je nulový vektor. Příklad: Mějme vektor a = (2, —3,5) a skalár k = 4. Vynásobíme vektor číslem: 4-a = 4-(2,-3,5) = (8,-12,20) Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 5/45 Skalární součin vektorů Definice: Skalární součin dvou vektorů a = (ai, a2,..., an) a b — (bi, £>2,..., bn) je dán vztahem: a-b = a\b\ + a2b2 H-----h anb„ Vlastnosti: • Výsledkem skalárního součinu je číslo (skalár). • Skalární součin je komutativní: a - b — b - a. • Pokud je skalární součin nulový, vektory jsou na sebe kolmé (ortogonální). Příklad: Mějme dva vektory a — (1,2,3) a b — (4,-1,2). Vypočítejme jejich skalární součin: a • b = 1 • 4 + 2 • (-1) + 3- 2 = 4- 2 + 6 = 8 Výsledek: Skalární součin vektorů a a b je 8. Vypočtěte a) (5,-3,9)+ (2,8,-13), b) -1(4,8,-1), c) (2,-3,1)-(2,3,-1). M ' I I (2, 3,1) (2,3, Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 7/45 dj yu. O, V) T" ^Z, O, -LOJ, 4 V w" /' c) (2, -3,1) • (2,3, a) Součet vektorů: (5,-3, 9)+ (2, 8,-13) = (7,5,-4). b) Násobek vektoru: 4(4,8,-1)= (-1,-2, J). c) Skalární součin vektorů: (2, -3,1) • (2,3, -1) = 2 • 2 + (-3) • 3 + 1 • (-1) = 4 - 9 - 1 = -6. Geometrický význam - součet vektorů Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 8/45 Vektory - nulový a opačný • o = (0,0,...,0)Gln — r?-rozmerný nulový vektor: u + o = (xi,x2,... ,x„) + (0,0,... ,0) = (xi,x2, ► v R2: o = (0,0). • —Ú— opačný vektor k vektoru u — (xi, x2,... ,xn), -J = (-xi, -x2,..., -xn). u + (-u) ► -(1,3) = (-1,-3). Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 □ iS1 Geometrický význam - opačný vektor X2' u--u- =(2,1) =(-2,-1) 1 2 2 X -1 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 10/45 Lineární kombinace vektorů Definice: Lineární kombinace k vektorů xi,X2, ... ,x/c (kde k £ N) s reálnými koeficienty cti, ..., je vektor u, který můžeme vyjádřit jako: Příklad: Mějme tři vektory: x = (2,3,4), ý= (1,0,4), z = (1,1,1) a koeficienty —1,2,5. Lineární kombinace těchto vektorů s uvedenými koeficienty je: -x + 2y + 5z = -1(2, 3,4) + 2(1, 0,4) + 5(1,1,1) = (-2, -3, -4) + (2,0,8) + (5, 5, 5) = (5,2,9) Výsledek: Výsledný vektor je u = (5,2,9). 4 iSP 1 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 Geometrický význam - lineární kombinace vektorů x2Í Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 12/45 Lineární závislost a nezávislost vektorů • Řekneme, že množina vektorů {Ji, Ú2,..., Uk} je lineárně závislá, jestliže alespoň jeden z nich je lineární kombinací ostatních. ► V opačném případě řekneme, že je lineárně nezávislá. 9 Lineární (ne)závislost se dá také vyjádřit pomocí vektorové rovnice OL\U\ + OL2Ú2 H-----Y QikUk = O, kde neznámými jsou koeficienty cti,... ,ak- Tato rovnice má vždy tzv. triviální řešení Ol = (i2 — ■ ■ ■ — a k = 0. ► Pokud má pouze toto triviální řešení, potom je množina vektorů {ui, Ď2,..., Uk} lineárně nezávislá, ► pokud existuje i netriviální řešení (alespoň jedno a/ 7^ 0), potom je lineárně závislá. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 13/45 Lineární závislost a nezávislost vektorů Rozhodněte, zda množina vektorů {(1, 0,1), (—3, 2, — 1), (2,1, 3)} lineárně závislá nebo nezávislá. Budeme zkoumat rovnici ai(l, 0,1) + a2(-3, 2, -1) + a3(2,1, 3) = (0, 0, 0), (ai, 0, ai) + (-3c^2, 2c*2, —a2) + (2c*3, «3, 0^3) = (0, 0, 0). Rozepíšeme ji po složkách (soustav tří rovnic o třech neznámých): ol\ — Z0L2 + 2^3 = 0, 2(^2 + Oí3 = 0, Oíl — OL2 + 3(^3 = 0, Tato soustava má kromě triviálního řešení ol\ — ol^ — 0^3 = 0 také netriviální řešení ol\ =7, a2 = 1, 03 = —2, a tak jde o lineárně závislou množinu vektorů. Lineární závislost a nezávislost vektorů pokračování Rozhodněte, zda množina vektorů {(1, 0,1), (—3, 2, — 1), (2,1, 3)} lineárně závislá nebo nezávislá. Netriviální řešení ol\ = 7, = 1, olz — —2: • 0,1) + a2(-3, 2, -1) + a3(2,1, 3) = (0, 0, 0), • 7(1,0,1) + l(-3,2, -1) - 2(2,1,3) = (0,0,0), o l(-3,2, -1) = (0, 0,0) - 7(1,0,1) + 2(2,1,3), • (-3,2,-1) = -7(1,0,1)+ 2(2,1,3) (druhý vektor je lineární kombinací prvního a třetího vektoru, tedy tato trojice vektorů je lineárně závislá) Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 15/45 Příklad: Firma prodává čtyři druhy zboží Firma prodává čtyři druhy zboží na třech pobočkách. Cena za jeden kus zboží je následující: • 1. zboží: 12 Kč • 2. zboží: 7 Kč • 3. zboží: 18 Kč • 4. zboží: 5 Kč Během jednoho dne se na pobočkách prodalo následující množství zboží: • 1. pobočka: 5, 2, 7, 8 • 2. pobočka: 6, 4, 2, 1 • 3. pobočka: 3, 5, 0, 4 Úkoly: O Kolik se prodalo tento den celkem kusů jednotlivých druhů zboží? O Jaké byly tržby na jednotlivých pobočkách? O Jaké byly firemní celkové tržby? Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 16/45 Řešení: Kolik se prodalo celkem kusů jednotlivých druhů zboží? Postup: Sečteme vektory prodaného zboží na jednotlivých pobočkách po složkách. Celkem prodané množství = (5,2,7, 8) + (6,4,2,1) + (3,5,0,4) = (5+ 6 +3,2 + 4 +5, 7 + 2 +0,8 + 1 +4) = (14,11,9,13) Výsledek: Celkem se prodalo 14 kusů 1. zboží, 11 kusů 2. zboží, 9 kusů 3. zboží a 13 kusů 4. zboží. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 17/45 Řešení: Jaké byly tržby na jednotlivých pobočkách? Postup: Pro každou pobočku vynásobíme vektory prodaného množství vektorem cen. Tržby pro 1. pobočku: (5,2,7,8)-(12,7,18, 5) = 5-12+2-7+7-18+8-5 = 60+14+126+40 = 240 Kč Tržba 2. pobočky: (6,4,2,1)-(12,7,18,5) = 6-12+4-7+2-18+1-5 = 72+28+36+5 = 141 Kč Tržba 3. pobočky: (3,5,0,4)-(12,7,18,5) = 3-12+5-7+0-18+4-5 = 36+35+0+20 = 91 Kč Výsledek: Tržby na pobočkách jsou: 1. pobočka: 240 Kč, 2. pobočka: 141 Kč, 3. pobočka: 91 Kč. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 18/45 Řešení: Jaké byly firemní celkové tržby? Postup: Sečteme tržby na všech pobočkách: 240 + 141 + 91 = 472 Kč Výsledek: Celkové tržby firmy byly 472 Kč. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 19/45 Příklad: Tomášův nákup Tomáš dostal od rodičů 300 Kč a seznam na nákup: 4 housky, 2 másla, 1 pomerančový džus, 15 dkg salámu a 2 jablka. Blízko jeho domu jsou dva obchody, Tesco a Penny, ve kterých tyto věci (Kč za 1 kus nebo v tabulce uvedené množství) stojí: Tesco Penny Houska 3,00 2,80 Máslo 48 45 Džus 32 30 Salám (10 dkg) 25 28 Jablko 12 10 Peníze, které mu po nákupu zbudou, si může nechat. Do kterého obchodu je pro něj výhodnější jít? Kolik mu zbyde? Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 20/45 Řešení: Tomášův nákup Ceny v obchodech: • Tesco: Vektor cen: cT = (3,00; 48; 32; 25; 12) • Penny: Vektor cen: cP = (2,80; 45; 30; 28; 10) • Vektor počtu položek: q = (4; 2; 1; 1,5; 2) Náklady v Tescu: cT - q = 3,00 • 4 + 48 • 2 + 32 • 1 + 25 • 1,5 + 12 • 2 = 201,50 Kč. Náklady v Penny: ČP • q = 2,80 • 4 + 45 • 2 + 30 • 1 + 28 • 1,5 + 10 • 2 = 193,20 Kč. Závěr: o V Tescu Tomáš zaplatí 201,50 Kč. 9 V Penny Tomáš zaplatí 193,20 Kč. • Penny je pro Tomáše výhodnější. 9 Zbyde mu 300 - 193,20 = 106,80 Kč. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 21 /45 Matice Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 22/45 Historie pojmu „matice" 9 Původ slova: lat. matrix = „děloha", „matka", „zdroj" (od m?ter— matka). 9 Obrazný význam: označovalo místo, kde se něco tvoří nebo vyvíjí. • Další obory: v geologii „matrix" = základní horninová hmota s krystaly/fosiliemi. 9 V matematice: ► 1850 - James J. Sylvester použil „matrix" jako obdélníkové pole termínů, ► determinanty byly chápány jako „potomci" matice. 9 Cayley (1858): první systematická práce o maticích a jejich algebře. • Proč „matice"? ? vnímána jako „matka" nebo „zdroj" dalších objektů (determinantů, operací). Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 23/45 Matice Schéma m x n reálných čísel / 3n 3i2 ai3 321 322 323 \ 3ml 3m2 3m3 • 3in ^ • 32n = M J • matice typu (m. n) (tvořena m řádky a n sloupci) ■v • Čísla a,j jsou prvky matice. B je typu (3,3) C = 2^ 3 0 4 5 6/ D 12 3 0 4 5 0 6 C je typu (4, 2) D je typu (2,4) □ rS1 ~ = Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 24/45 Diagonální prvky matice / 3n 3i2 ai3 321 322 323 \ 3ml 3m2 3m3 • 3in ^ • 32n = (a,y) o Prvky a,-,- se nazývají diagonální a tvoří hlavní diagonálu 1 2 3' B = I 0 4 5 0 0 6 C = (1 2\ 3 0 4 5 \0 6/ D 12 3 0 4 5 0 6 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 25/45 Pojmenované typy matic Horní lichoběžníková matice (m < n) o všechny diagonální prvky nenulové • a všechny prvky pod hlavní diagonálou jsou nulové; • v případě (m = n) horní trojúhelníková matice). horní lichoběžníková horní A □ iS1 Pojmenované typy matic Matici typu (m,n), která má všechny prvky nulové nazýváme nulová matice O ,0 o o o1 o23 = |°„°°l o34=loooo 0 0 0 0 0 0 0 Jestliže m = n, pak matici nazýváme čtvercová matice Jestliže m ^ n, pak ji nazýváme obdélníková matice. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 27/45 Pojmenované typy matic Čtvercovou matici typu (r?, n), jejíž všechny diagonální prvky jsou rovny jedné a všechny ostatní prvky rovny nule, nazýváme jednotková matice a značíme En ■4 = /i o o 0 1 o o o 0\ 0 o 1 o 0 1/ ■2 = Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 28/45 menujte různé typy matic D /l 2 O 5 O O \0 O 3 6 8 O 4 7 9 10 1\ 1 1 V B O O o B: C: D: Různé typy matic A 2 3 4 1\ /l 2 3\ a- ° 5 6 7 1 b= c=f1 21 0 0 8 9 1 \0 O 6/ V3 4j \0 O O 10 i/ vu u b/ d= o i o e= o o o f= (í * ; ľ Vo 0 1/ VO O O/ V5 6 7 8/ • a: obdélníková (4,5) + horní lichoběžníková matice • b: čtvercová (3,3) + horní trojúhelníková matice • c: čtvercová matice (2,2) 9 d: čtvercová (3,3) + jednotková matice • e: čtvercová (3,3) + nulová matice • f: obdélníková matice (2,4) Matice • Transponovaná matice k matici A = (a,y) je matice AT = (3,-,). 1. řádek se stane 1. sloupcem, 2. řádek se stane 2. sloupcem, Příklad Určete transponovanou matici k matici A = 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 3ll 3i2 3i3 321 322 323 T 3\\ 321 3\2 322 3lZ 323 1 4 2 5 3 6 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 Základní operace s maticemi Součin čísla a a matice A: (každý prvek matice A vynásobíme číslem a, výsledkem je opět matice typu (m, n)). Násobení matice číslem '2-1 2-(-l) 2-0 2-1 2-3 2 • (-2) Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 32/45 Základní operace s maticemi • Součet matic A a B (obě typu (m, n))\ A + B = (af7 + bij) ► sčítáme podle pozic po prvcích (jako u součtu vektorů), ► výsledkem je opět matice typu (m, n), ► matice A a B musí být stejného typu. Sčítání matic Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 33/45 Základní operace s maticemi • Pro matice A, B, které jsou typu (m, n), nulovou matici Omn a a,/3 e R platí: ► A + B = B + A, ► A + Omn — A, ► a(/3A) = (a/3)A. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 34/45 Základní operace s maticemi - násobení matic Nechť • A = (a,y) je matice typu ( m , n ) • B = (bij) je typu ( n , p ) (počet řádků B = počet sloupců A) • Potom existuje součin matic C = A • B (matice typu ( m , p )) • Prvky matice C = (c,y) vypočteme jako skalární součiny: ► en = (1- řádek A) • (1. sloupec B) ► en = (1. řádek A) • (2. sloupec B) ... ► Qj = (/-tý řádek A) • (y-tý sloupec B) .. . 9 Zapsáno po složkách Qj = anbij + ai2b2j H-----h ainb Úloha (Násobení matic) Vypočtěte A • B pro matice A = 2 3 1 -1 a B = 10-1 3-12 Matice A (2, 2 ) má dva sloupce a matice B (B,3) dva řádky, součin A • B tedy existuje. Výsledná matice bude mít dva řádky (=počet řádků matice A) a tři sloupce (=počet sloupců matice B). A B 2 3 1 -1 10-1 3-12 2-1 + 3-3 2-0 + 3-(-1) 2-(-l) + 3-2 11 + (-1) • 3 10 + (-1) • (-1) 1 • (-1) + (-1) • 2 11 -3 4 -2 1 -3 Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 36/45 Násobení matic • V předchozím případě nelze vypočítat B • A, neboť matice B má jiný počet sloupců (3) než má matice A řádků (2). • Nechť A, B, C jsou matice a E je jednotková matice (vhodného rozměru). Potom každá z rovností ► A • E = A, ► E • A = A, ► (A + B) C = A C + B C, ► A(B + C) = A B + A C, ► A-(B-C) = (A-B)-C, platí, pokud mají příslušné operace smysl. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 37/45 Index bídy: Definice • Index bídy je ekonomický ukazatel, který se počítá jako součet míry inflace a míry nezaměstnanosti. • Výpočet: Index bídy = Míra inflace + Míra nezaměstnanosti. • Vyšší hodnota indexu značí horší ekonomickou situaci pro obyvatele. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 38/45 Index bídy: Příklad s reálnými daty Mějme následující reálná data o inflaci a nezaměstnanosti: Stát 2001 2002 2003 2004 2005 Německo 1,9% 1,4% 1,0% 1,6% 1,8% Nizozemsko 4,5% 3,4% 2,1% 1,2% 1,7% Velká Británie 1,2% 1,3% 1,4% 1,3% 1,9% Španělsko 3,6% 3,5% 3,0% 3,1% 3,4% Tabulka: Průměrná roční míra inflace (2001-2005) Stát 2001 2002 2003 2004 2005 Německo 8,3% 8,7% 9,3% 10,5% 11,1% Nizozemsko 2,5% 2,8% 3,7% 4,6% 4,7% Velká Británie 5,1% 5,0% 4,9% 4,7% 4,7% Španělsko 10,5% 11,5% 11,0% 10,8% 9,2% Tabulka: Průměrná roční míra nezaměstnanosti (2001-2005) Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 39/45 Index bídy: Príklad s reálnými daty Index bídy vypočteme jako součet matic: Index bídy = Inflace + Nezaměstnanost /1,9 4,5 1.2 \3,6 /10,2 7,0 6.3 \14,1 1,4 3.4 1,3 3.5 1.0 2.1 1,4 3,0 1,6 1.2 1.3 3,1 10,1 6.2 6.3 15,0 10,3 5,8 6,3 14,0 1,8\ 1,7 1,9 3,4/ 12,1 5,8 6,0 13,9 + /8,3 2,5 5,1 \10,5 12,9\ 6,4 6,6 12,6/ 8.7 2.8 5,0 11,5 9,3 3,7 4,9 11,0 10,5 4.6 4.7 10,8 H,l\ 4,7 4,7 9,2/ Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 Index bídy: Príklad s reálnými daty Stát 2001 2002 2003 2004 2005 Německo 10,2% 10,1% 10,3% 12,1% 12,9% Nizozemsko 7,0% 6,2% 5,8% 5,8% 6,4% Velká Británie 6,3% 6,3% 6,3% 6,0% 6,6% Španělsko 14,1% 15,0% 14,0% 13,9% 12,6% Tabulka: Index bídy (2001-2005) Závěr: • Země s vyšším indexem bídy čelí průměrně horším ekonomickým podmínkám pro obyvatelstvo. Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 41 /45 Praktický príklad - zadaní Firma vyrábí 2 druhy výrobku V\ a V2, pritom: výrobek doba výroby (1 ks) spotřebovaný materiál na 1 ks Vi 4 hod 2 kg v2 3 hod 3 kg • 1 hodina výroby stojí 3 500 Kč a materiál stojí 2 000 Kč za 1 kg. • 1 ks Vi se prodává za 26 500 Kč a 1 ks V2 za 21000 Kč. a) Kolik stojí výroba 1 ks jednotlivých výrobků? b) Jaký zisk přinese prodej 1 ks jednotlivých výrobků? Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 42/45 Výpočet výrobních nákladů Nejprve vypočítáme výrobní náklady na 1 ks výrobku pomocí matic. Mějme matici a, která reprezentuje dobu výroby a spotřebu materiálu: Dále mějme vektor b, který obsahuje náklady na hodinu výroby a cenu materiálu za 1 kg: r_ f3 500 \2 000 Nyní spočítáme výrobní náklady jako maticový součin: M,M , A r /4 2\ /3 500\ /19 000\ ^ Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 43/45 Výpočet zisku z prodeje Zisk z prodeje 1 ks každého výrobku vypočítáme jako rozdíl mezi prodejní cenou a výrobními náklady. Prodejní ceny: = f26500\ ^21000) Zisk spočítáme jako rozdíl mezi prodejní cenou a výrobními náklady: y i, r m'h a ŕ2650(A /19 000\ /7 500\ Z,sk = C - Náklady = (^^j - ^.^j = Kc Jiří Fišer (MVŠO) P1MEP-02 2. října 2025 44/45 Záver a) Náklady na výrobu 1 ks výrobku jsou ► Vi: 19 000 Kč, ► V2: 16 500 Kč. b) Zisk z prodeje 1 ks výrobku je: ► Vi: 7 500 Kč, ► V2: 4 500 Kč.