ALGEBRA LINEARE E STRUTTURE ALGEBRICHE
LAUREA TRIENNALE IN SCIENZE MATEMATICHE PER L'INTELLIGENZA ARTIFICIALE SMIA
a.a. 2024/25


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Docente Num. Telefono E-mail Orario Ricevimento Stanza
Claudia Malvenuto 06 4991 3210 claudia@mat.uniroma1.it Per appuntamento tramite email 105, primo piano

Le lezioni daranno solo in presenza, in Aula Levi Civita o in aula IV Dipartimento di Matematica Guido Castelnuovo.

Codice corso Classroom qjc5thw
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Orario lezioni: (Dipartimento di Matematica "Guido Castelnuovo")
lunedì ore 14:00-16:00 Aula Levi Civita;
martedì ore 11:00-13:00 Aula Levi Civita,
mercoledì ore 13:00-16:00 Aula IV;
venerdì ore 9:00-11:00 Aula Levi-Civita

Inizio del corso: mercoledì 25 settembre 2024.
Fine prevista del corso: ... gennaio 2025.

Durata: il corso da 12 crediti prevede 104 ore di lezione.


Avvisi

* Le lezioni hanno inizio il 25 settembre 2024.

* Le vacanze di Natale inizieranno il ... dicembre 2024 e terminaneranno il ... gennaio 2025 inclusi.

* Un articolo critico, tratto dal settimanale Internazionale, La fiducia delle donne: studiano, lavorano e fanno carriera, ma arrivano raramente ai vertici. Perché le donne restano indietro? Leggete la risposta provocatoria di due giornaliste al problema.

* Una lettura interessante, l'articolo di Carl Pomerance Alla ricerca dei numeri primi apparso su Le Scienze, numero 174, febbraio 1983.

* Istituzione universitaria dei Concerti: campagna abbonamenti a 30 euro per gli studenti di Sapienza qui.

* La foto di gruppo

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Esami

* L'esame è scritto e orale. Il voto finale è formato dalla media dei due voti ottenuti. Nell'orale la docente saggia la capacità di studenti e studentesse di aver appreso mediante studio approfondito e analitico gli argomenti svolti durante le lezioni con una esposizione dei diversi concetti matematici, le definizioni, i risultati (teoremi), l'uso consapevole del materiale presentato, dove contano la precisione, la chiarezza espositiva, il rigore logico e metodologico.

* Le date degli appelli relativi all'a.a. 2024/25 sono su InfoStud.

SESSIONE INVERNALE
Prima prova in itinere: ... novembre 2024 ore ... Aula Levi Civita.
Seconda prova in itinere: ...gennaio 2025 ore ... Aula Levi Civita

Primo appello: 24 gennaio 2025 ore... Aula ...

Orale: dal ... gennaio 2025.
Secondo appello: 11 febbraio 2025 ore ... Aula ...

Orale: dal ... febbraio 2025.

SESSIONE ESTIVA
Terzo appello: 23 giugno 2025 ore ... Aula ...

Quarto appello: 10 luglio 2025 ore ... Aula ...

SESSIONE AUTUNNALE
Quinto appello: 9 settembre 2025 ore 10 Aula ...

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Programma di esame

Obiettivo del corso:

Piano del corso:

Programma di massima provvisorio
* Insiemi, relazioni, relazioni di equivalenza, relazioni di ordine, applicazioni, iniettività, suriettività, applicazioni biunivoche.
* Principio di induzione, Assiomi di Peano. Numero naturali, interi, razionali, complessi.
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Il programma completo e dettagliato del corso si ottiene solo alla fine delle lezioni consultando il diario delle lezioni.

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Testi Adottati

Altri testi consultabili

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Esercizi Per superare l'esame scritto è necessario svolgere molti esercizi a casa. Si può fare riferimento sia ai molti esercizi dei due libri di testo adottati, che svolgere gli esercizi delle schede che sono qui sotto elencate:


Diario delle lezioni (Attenzione: per ora c'è il diario delle lezioni dello scorso anno.)

1) Mercoledì  25 settembre (lezioni 1-2-3 CM):
Introduzione al corso. Modalità di esame. Contenuti. Libri di testo. Prime notazioni sugli insiemi.

2) Venerdì  27 settembre (lezioni 4-5 CM):
Argomenti del corso. Motivazioni. Insiemi. Elementi. Appartenenza. Insieme vuoto. Sottoinsieme. Sottoinsieme proprio. Uguaglianza tra insiemi. Insiemi in forma tabulare e caratteristica. Quantificatori: esistenziale, universale. Connettivi logici: e, oppure, implica, è implicato, se e solo se, la negazione. Notazione per insiemi numerici usuali: natorali, interi, razionali, reali, complessi.
[Alg] 1.1

3) Lunedì  30 settembre (lezioni 6-7 CM):
Operazioni tra insiemi. Unione, intersezione, differenza, complementare di un insieme in un altro. Unione e intersezione di famiglie di insiemi. Il complemento relativo di un insieme in un altro. Prodotto cartesiano di insiemi. Insieme delle parti di un insieme. Esempi.
[Alg] 1.1 e 1.2

4) Martedì  1 ottobre (lezioni 8-9 CM):
Relazioni. Esempi. La relazione inversa. Relazione inversa di una relazione data. La stringa caratteristica di un insieme.
[Alg] 1.2

5) Mercoledì  2 ottobre (lezioni 10-11-12 CM):
Proprietà di una relazione: simmetrica, transitiva, riflessiva, antisimmetrica, totale. Relazione di equivalenza. Classe di equivalenza. Insieme quoziente. Esempi. Partizioni insiemistiche. Teorema 1. data una relazione di equivalenza, l'insieme quoziente è una partizione di A. Teorema2 : Ogni partizione di A determina una relazione di equivalenza le cui classi sono gli insiemi della partizione. In sostanza: partizioni su A e classi di equivalenza su A, pur essendo oggetti diversi, sono in corrispondenza biunivoca. Insiemi parzialmente ordinati. Esempi.
[Alg] 1.2

6) Venerdì  4 ottobre (lezioni 13-14 CM):
Diagramma di Hasse di un insieme parzialmetne ordinato. La relazione di divisibilità tra interi. Elementi minimali minimo e massimo in un "poset".
[Alg] 1.3

7) Lunedì  7 ottobre (lezioni 15-16):
La congruenza modulo un intero. Esempi. Rappresentanti canonici: i resti della divisione, oppure gli interi minimi in modulo. Classi resto modulo n. Applicazioni (o funzioni). Immagine e controimmagine di un elemento.
[Alg] 1.4

8) Martedì  8 ottobre (lezioni 17-18):
Immagine dell'applicazione. Applicazioni iniettive, suriettive, biunivoche. Applicazione inversa. Composizione di funzioni. Applicazione composta. Applicazione identica di un insieme in se'. Funzioni invertibili.
[Alg] 1.4

9) Mercoledì  9 ottobre (lezioni 19-20-21): Il principio di induzione, gli assiomi di Peano. Definizione di somma di naturali. Uso del principio di induzione. Alcuni esercizi. Numeri di Fibonacci.
Esercizi dalla Scheda 3.

10) Venerdì  11 ottobre (lezioni 22-23 DV):
Esercizi sulle relazioni dalla Scheda 1. e sulle funzioni dalla Scheda 2. Attenzione: per l'orale studiare anche la costruzione degli interi a partire dai naturali e dei razionali a partire dagli interi
[Alg] 1.3, 1.4, 2.5

11) Lunedì  14 ottobre (lezioni 24-25): Il Principio di induzione forma forte e il principio del buon ordinamento: due forme equivalenti al principio di induzione. Successioni ricorsive. Il fattoriale. Teorema di esistenza e unicità di quoziente e resto sugli interi. Costruzione dei razionali come classi di equivalenza di coppie di interi (il secondo non nullo).

[Alg] 2.1

12) Martedì  15 ottobre (lezioni 26-27):
La relazione di divisibilità sui naturali. Elementi irriducibili. Primi. Proposizione: Primo equivalente a irriducibile. Massimo comune divisore. Elementi coprimi. Teorema di esistenza e unicità del massimo comune divisore. Identità di Bézout Algoritmo di Euclide. Dimostrazione. Identità di Bézout: si trova ricavando i resti dalle divisioni successive. Prop.1 a e b sono coprimi se e solo se 1=as+bt per qualche s, t in Z. Prop. 2. Se due coprimi dividono un terzo numero, allora anche il loro prodotto lo divide.
[Alg] 2.2

13) Mercoledì  16 ottobre (lezioni 28-29-30):
Prop. 3. Se p irriducibile, allora se p divide ab allora si deve avere che p divide a oppure p divide b. Teorema fondamentale dell'aritmetica: ogni numero maggiore di 1 si fattorizza in prodotto di primi in modo unico a meno dell'ordine. Unicità della fattorizzazione in primi a meno dell'ordine. Corollario: un numero e il successivo sono primi fra loro. Equazioni diofantee. Equazioni diofantee in due variabili di primo grado. Criterio necessario e sufficuente per la risolubilità della equazione diofantea ax+by=c. Esempi, esercizi. Teorema di Euclide: Ci sono infiniti numeri primi.
[Alg] 2.3

14) Venerdì  18 ottobre (lezioni 31-32):
La congruenza modulo un intero: è una relazione di equivalenza. Congruenza modulo n. Insieme quoziente Z_n. Rappresentanti canonici: sistema di rappresentanti "resti della divisione" e "minimi in modulo". Operazioni su Z_n. Somma e prodotto di classi. Opposto. Inverso. Divisori di classe 0. Teorema: La classe di a in Z_n è invertibile se e solo se a è comprimo col modulo n. Ricerca dell'inverso moltiplicativo.
[Alg] 1.3

15) Lunedì  21 ottobre (lezioni 33-34):
Esempi tabelline di Z_n. L'nsieme U(Z_n) degli invertibili delle classi resto modulo n. Proprietà delle congruenze. Equazioni alle congruenze.

16) Martedì  22 ottobre (lezioni 35-36):
Criteri per risoluzioni di congruenze lineari. Esercizi Proposizione: se p è primo, allora (x+y)^p= x^p+y^p. Piccolo teorema di Fermat.Corollario: se a e p sono coprimi, allora a^(p-1) congruo a 1 modulo p. Funzione phi di Eulero. Teorema di Eulero-Fermat (dimostrazione rimandata).
[Alg] 2.6

17) Mercoledì  23 ottobre (lezioni 37-38-39):
Calcolo combinatorio: coefficiente binomiale. Teorema del binomiale. Alcune proprietà dei binomiali. Simmetria centrale, Ricorsione del binomiale.
[Alg] 2.6 e 1.5

18) Venerdì  25 ottobre (lezioni 40-41 DV):
Esercitazione sulle schede 1, 2, 3 e 4.
[Alg] 2.7 2.8 2.9

19) Lunedì  28 ottobre (lezioni 42-43):
Esercitazione, ripasso sul binomiale. Specializzazioni del binomiale. Somma dei coefficienti sulla riga n-sima del binomiale. Somma a segni alterni dei coefficienti sulla riga n-sima del binomiale. Calcolo del numero di funzioni da [m] a [n]. FInzuioni iniettive da [m] a [n]. Permutazioni. Notazione su 2 righe. Notazione su una riga.
[Alg] 1.6
[Alg] 1.5 e 1.6

20) Martedì  29 ottobre (lezioni 44-45):
Teoria della cardinalità. Insiemi finiti, insiemi numerabili. per un insieme finito. Unione finita di numerabili è numerabile. Unione numerabile di numerabili è numerabile. Corollario. L'insieme dei razionali è numerabile. La cardinalità del numerabile è la più piccola cardinalità Strutture algebriche. Semigruppo. Esempi. Monoide. Esempi.
[Alg] 5.1

21) Mercoledì  30 ottobre (lezioni 46-47-48):
Il monoide delle parole. Definizione di Gruppo. Esempi di gruppi. Le k-uple. Le classi resto modulo n. L'insieme degli invertibili. Il gruppo delle permutazioni di un insieme A. Permutazioni di n interi. Notazione di una permutazione su due righe.
[Alg] 5.2

22) Lunedì  4 novembre (lezioni 49-50):
Notazione ciclica. Rappresentazione ciclica di una permutazione. Orbite di un elemento. Cicli disgiunti. Inverso di una permutazione. Cenni sulla classificazione ai gruppi finiti. Legge di cancellazione in un gruppo.
[Alg] cap. 5.

23) Martedì  5 novembre (lezioni 51-52):
Ordine di un gruppo. Unicità dell'inverso. Unicità dell'elemento neutro. Gruppi di ordine 1, 2, 3, 4. Il gruppo di Klein (dei movimenti rigidi del quadrato). Gruppi diedrali. Sottogruppi. Due criteri equivalenti perché un sottoinsieme di un gruppo sia un sottogruppo.

24) Mercoledì  6 novembre (lezioni 53-54-55):
Regole di calcolo nei gruppi: l'inverso del prodotto è il prodotto degli inversi in ordine inverso. Sottogruppo generato da un insieme. Ordine o periodo di un elemento. Elementi aperiodici. Esempi. Sottogruppi generati da un elemento (gruppi ciclici). Struttura dei gruppi ciclici e sottogruppi. Diagramma di Hasse dei divisori di n. Diagramma di Hasse dei sottogruppi di un gruppo ciclico di ordine n. Esercizi.
[Alg] 5.1

25) Venerdì  8 novembre (lezioni 56-57 DV):
Svolti esercizi delle schede 6 e 7: l'intersezione di sottogruppi è un sottogruppo); struttura dei sottogruppi dei gruppi ciclici finiti e Descrizione di come sono tutti i sottogruppi di Z; definizione di omomorfismi e isomorfismi; tutti i gruppi ciclici infiniti sono isomorfi a Z e tutti quelli di ordine n sono isomorfi a Z/nZ; descrizione del gruppo diedrale D_3: si è mostrato che è isomorfo a S_3. Esercizio su matrici 2X2 invertibili.
[Alg] 5.6


Diario aggiornato solo fin qui. Segue il diario delle lezioni dello scorso anno

26) Lunedì  11 novembre (lezioni 58-59 DV):
Il gruppo simmetrico. Periodo di una permutazione. Scambi o trasposizioni. Proposizione 1. Ogni permutazione si scrive come prodotto di scambi. Struttura ciclica delle permutazioni. Teorema: la parità del numero di scambi in cui si scrive una permutazione è una invariante per la permutazione. Permutazioni pari e dispari.
[Alg] 5.2

27) Martedì  12 novembre (lezioni 60-61 DV):
Ogni permutazione si scrive come prodotto di trasposizioni adiacenti. Ordine di una permutazione: minimo comune multiplo dell'ordine dei suoi cicli disgiunti. Struttura ciclica di una permutazione. Classi coniugate in Sn. Ci sono tante classi coniugate quante partizioni dell'intero n. Esercizi sui gruppi. scheda 8.
[Alg] 4 e 5.2

28) Mercoledì  13 novembre (lezioni 62-63-64 DV):
Classi laterali modulo un sottogruppo. Congruenza destra e sinistra. Esempi. Classi destre e sinistre. Quoziente modulo la congruenza destra. Teorema di Lagrange: Sia G è un gruppo finito, e H un suo sottogruppo. Allora l'ordine di H divide l'ordine di G. Indice di un sottogruppo in un gruppo. Esempi per il teorema di Lagrange. Se G è abeliano, le classi destre coincidono con le classi sinistre. Corollario1. al teorema di Lagrange: Se G è un gruppo di indice 2, allora le classi destre e sinistre sono le stesse. Il gruppo alterno (sottogruppo delle permutazioni pari di Sn). Corollario 2. Se G finito di ordine un primo, allora G è ciclico. Corollario 3. In un gruppo finito, l'ordine di un elemento divide l'ordine del gruppo. Corollario 4. Sia G finito di ordine n e g un suo elemento: allora g^n=id. Corollario 5. Teorema di Eulero - Fermat: se a è coprimo con n allora a elevato alla phi(n) congruo a 1 mod n (phi funzione di eulero) Sottogruppi normali. Gruppo quoziente. Elementi coniugati di un gruppo. Criterio per la normalità (diverse condizioni equivalenti). Omomorfismi, e nucleo di omomorfismi. Automorfismi di un gruppo.
[Alg] 4

29) Venerdì  15 novembre (lezioni 65-66 DV):
Anelli: assiomi. Esempi. Anelli unitari. Anelli commutativi. Esempi. Campi. Polinomi. Somma e prodotto di polinomi. Regole di calcolo negli anelli. Sottoanelli. Isomorfismo tra anelli. Sottocampi. Esempi. I polinomi. Il sottoanello generato da un polinomio. Se K è un campo si può eseguire la divisione euclidea tra polinomi. Polinomi a coefficienti in un campo finito. Somma diretta di anelli. L'anello delle matrici quadrate... Tutti e soli i sottogruppi di Z[x] sono della forma (p(x)), con p(x) polinomio. Dominio di integrità.
[Alg] 5.5

30) Lunedì  18 novembre (lezioni 67-68):
[Alg] 5.5, 2.8, 5.2

31) Martedì  19 novembre (lezioni 69-70):

32) Mercoledì  20 novembre (lezioni 71-72-73):
Prima prova in itinere.

33) Venerdì  21 novembre (lezioni 74-75 DV):
Algebra Lineare: Definizione di Spazio vettoriale: assiomi. Esempi: i vettori della fisica. Lo spazio vettoriale delle n-uple reali. Spazio delle righe, spazio delle colonne.
[AlgLin] 2.1 e 4.1

34) Lunedì  25 novembre (lezioni 76-77):
Esempio: Spazio vettoriale delle matrici rettangolari a valori su un campo K. Somma di Matrici. Prodotto di uno scalare per una matrice. Esempio: i polinomi a coefficienti in un campo K. Somma di polinomi, prodotto per uno scalare. Esempio: lo spazio vettoriale dei polinomi troncati al grado t. Definizione di sottospazio vettoriale. Criteri perché un sottoinsieme di uno spazio V sia un sottospazio. Esercizi. Traccia di una matrice.
[AlgLin] 6.2

35) Martedì  26 novembre (lezioni 78-79):
Esempio: lo spazio delle funzioni da U a valori reali. Regole di calcolo negli spazi vettoriali. Combinazioni lineari. Dipendenza e indipendenza lineare.
[AlgLin] 4.2

36) Mercoledì  27 novembre (lezioni 80-81-82):
Lo spazio generato da un insieme di vettori. Isomorfismi di spazi vettoriali. Trasformazioni lineari. Base di uno spazio vettoriale. Esercizio. Insieme di generatori per V. Base canonica dello spazio delle colonne. Esempi. Matrici elementari. Importanza delle basi. Le coordinate. Esistenza delle basi. Teorema del completamento di una base.
[AlgLin] 4.3 e 4.4

37) Venerdì  29 novembre (lezioni 83-84 DV):
Due basi dello stesso spazio hanno la stessa cardinalità. Dimensione di uno spazio vettoriale. Teorema del completamento: dimostrazione. Sottospazi speciali: intersezione, somma, somma diretta. Teorema: formula di Grassmann. Equazioni lineari, sistemi lineari. Equazioni omogenee (vedi dispensa su Classroom).
[AlgLin] 5.1

38) Lunedì  2 dicembre (lezioni 85-86):
La trasposta di una matrice. matrici simmetriche. Sistemi di equazioni ienari. Soluzioni del sistema. Colonna dei termini noti, matrice del sistema. Sistema in forma matriciale. Sistemi equivalenti. Sistema incompatibile. Nucleo della matrice. Sistema omogeneo associato ad A. Come risolvere un sistema.
[AlgLin] 6.1

39) Martedì  3 dicembre (lezioni 87-88):
Equivalenza di righe. Operazioni elementari di riga. Matrici equivalenti per riga. Forme canoniche delle matrici. Matrici elementari. Prodotto matriciale righe per colonne.
[AlgLin] 6.1 e Note personali online

40) Mercoledì  4 dicembre (lezioni 89-90-91):
Criterio per invertire una matrice. L'algoritmo di Gauss-Jordan. Pivot. Matrice ridotta per righe. Colonna pivot. Matrice ridotta a scala. Rango di una matrice. Proprietà del rango. Esercizi. Teorema per i sistemi lineari.
[AlgLin] 6.2

41) Venerdì  6 dicembre (92-93 DV):
Esercitazione
[AlgLin] 6.2 e 6.3

42) Lunedì  9 dicembre (lezioni 94-95):
Teorema di Rouché-Capelli (rango della matrice del sistema e della matrice aumentata). Trasformazioni lineari. Sottospazi associati a T. Nucleo e immagine di una trasformazione lineare. Trasposizione. Proposizione: per determinare univocamente una trasformazione lineare occorre conoscere le immagini dei vettori di una vase del dominio. Corollario: due applicazioni da V a W coincidono se sono uguali i trasformati di unabase di V. Nucleo di una matrice. Nullità di una matrice. Nullità di una trasformazione lineare. Rango di una trasformazione lineare. Teorema della dimesione. Esempio.
[AlgLin] 7.1 e 7.2

43) Martedì  10 dicembre (lezioni 96-97):
Teorema della dimensione. (5.7) Corollario: Se T: V-->W è lineare, allora:
T iniettiva se e solo se rg(T)= dim V
T suriettiva se e solo se rg(T)= dim W
se dim V= dim W, T iniettiva se e solo se suriettiva.
Teorema di Rouché- Capelli (5.9)
Sistemi lineari e uso dell'algoritmo di Gauss-Jordan: Teorema 6.3. Tecniche di calcolo paragrafo 6.3
Svolti esercizi relativi.
[AlgLin] cap 5.2 e cap 6.3

44) Mercoledì  11 dicembre (98-99-100):
Composizioni e isomorfismi. Proposizione 7.1, 7.2, Corollario 7.3. Esempi di isomorfismi canonici.
Isomorfismo L tra lo spazio vettoriale L(R^n, R^m) e lo spazio vettoriale delle matrici m X n. Proposizione 7.5.
Le matrici invertibili. Teorema 7.7 con condizioni equivalenti sulle matrici invertibili.
[AlgLin] cap 7.1 e cap 6.3 . Esercizi cap 7 n: 2, 3, 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21

45) Venerdì  13 dicembre (lezioni 101-102 DV):
Determinante di una matrice. Proposizione 9.1, 9.2. Teorema 9.5. Sviluppo di Laplace. Teorema di Binet.
[AlgLin] cap 9.1, 9.2, 9.3. Esercizi cap 9 n: 2, 3, 5, , 6, 7, 9, 11, 20, 26, 28

46) Lunedì  16 dicembre (lezioni 103-104):
Sottomatrice di ordine k di A. Minore du una matrice. Cofattore di A Sviluppo di Laplace. Esercizi. Gruppo lineare. Esercizi.
[AlgLin] 9.1 e 9.2

47) Martedì  17 dicembre (lezioni 105-106):
Teorema di Binet. Teorema di Cramer. Teorema degli orlati. Cambiamenti di base.
[AlgLin] 8.1 e 8.2

48) Mercoledì  18 dicembre (lezioni 107-108-109):
Esercitazione Come cambia la matrice nel cambiamento di base? Matrici simili. La similitudine è una relazione di equivalenza. Classe di similitudine. Problema della diagonalizzazione.
[AlgLin] 13.1

49) Venerdì  20 dicembre (lezioni 110-111 DV):
Autovettori. Autovalori. Spettro di una trasformazione lineare. Autospazio relativo a un autovalore. Come trovare autovalori e una base per gli autospazi. Polinomio caratteristico di una matrice. Matrici diagonalizzabili: molteplicità Algebrica e geometrica di un autovalore. Criterio per una matrice diagonalizzabile.
[AlgLin] 13.1

50) Martedì  8 gennaio (lezioni 112-113-114):
Esercitazione finale su matrici diagonalizzabili.

51) Mercoledì  9 gennaio (lezioni 115-116-117):
Seconda prova in itinere


Sito in costruzione, ultimo aggiornamento: 2 ottobre 2024.
Per commenti/correzioni al sito scrivere a
C.Malvenuto, indicando nel subject un riferimento al sito del corso di Algebra per Intelligenza Artificiale.