φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

Transkrypt

1 Teoria na egzamin z algebry liniowej Wszystkie podane pojęcia należy umieć określić i podać pprzykłady, ewentualnie kontrprzykłady. Ponadto należy znać dowody tam gdzie to jest zaznaczone. Liczby zespolone. Płaszczyzna Gausssa, postać trygonometryczna liczby zespolonej. Pierwiastkowanie, pierwiastki z jedności. wzór de Moivre a. Równanie kwadratowe. Zasadnicze twierdzenie algebry. Przestrzeń liniowa. Podprzestrzeń. Niezależność liniowa. Tw. wektory są liniowo niezależne jeden z nich jest kombinacją liniową pozostałych (dowód). Podprzestrzeń kombinacji liniowych L(A). Tw. Część wspólna podprzestrzeni jest podprzestrzenią (dowód). Baza przestrzeni. Tw. układ wektorów jest bazą każdy wektor jest ma jednoznaczny rozkład (dowód). Tw.Każda p-ń posiada bazę. Tw. Każde dwie bazy są równoliczne. Wymiar. Tw. Baza = minimalny układ generatorów= maxymalny podzbiór liniowo niezależny. Przekształcenia liniowe. Tw. suma, złożenie odzwzorowań liniowych jest odwzorowaniem liniowym (dowód). Tw. Odwzorowanie liniowe jest różnowartościowe Ker(f) = 0 (dowód). Macierz odwzorowania liniowego. Izomorfizm. Tw.Każde dwie przestrzenie liniowe tego samego wymiaru są izomorficzne (dowód).wniosek Każda p-ń n-wymiarowa jest izomorficzna z K n (dowód). Rząd odwzorowania liniowego. Tw. dimker(f) + dimf(v ) = dimv. Macierze. Działania na macierzach: dodawanie, mnożenie, macierz transponowana, macierz nieosobliwa, macierz odwrotna. Macierz przejscia. Wyznaczanie macierzy odwzorowania liniowego w nowej bazie. Operacje elementarne na macierzach). Wyznaczanie macierzy odwrotnej za pomocą operacji elementarnych. Wyznaczniki (definicja). Znak permutacji. Definicja wyznacznika. Rozwinięcie Laplace a. Oblicznie wyznaczników poprzez rozwijanie względem wierszy (kolumn). Tw. det(ab) = detadetb. Tw. Cramera (układ równań n n). Tw. A posiada macierz odwrotną deta 0(dowód). Tw.Rząd odwzorowania f = rzędowi jego macierzy A (rząd A= dim(im)f). Tw. Kroneckera-Capellego rozwiązywanie układów równań. Metoda eliminacji Gaussa. Wartości własne Suma prosta przestrzeni. Wartość własna, wektor własny, wielomian charakterystyczny. Tw.wielomian charakterystyczny nie zależy od wyboru bazy (dowód). Tw. Każda macierz rzeczywista posiada wartość własną zespoloną (dowód). Tw.Jesli v 1,..., v n są wektorami własnymi odpowiadającym różnym wartościom własnym to są one liniowo niezależne (dowód dla n=2). Macierz odwzorowania liniowego w bazie wektorów własnych. Formy kwadratowe. Odwzorowanie dwuliniowe. Wzory : f(x, y) = x T Ay, f((x 1,..., x n ), (y 1,..., y n )) = n a ij x i x j. Macierz odwzorowania w nowej bazie B = Q T AQ. Forma kwadratowa φ(x) = f(x, x), i,j=1 n φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i + 2a ij x i x j. Wyznaczanie postaci kanonicznej formy kwadratowej poprzez i=1 1 i<j operacje elementarne na wierszach i kolumnach. Sygnatura i określonośc formy. Kryterium Sylwestera. Iloczyn skalarny. Iloczyn skalarny, norma wektora, nierówność Schwartza. Kąt miedzy wektorami. Ortogonalność. Tw. Pitagorasa. Podprzestrzeń ortogonalna. W = V V Tw.wektory parami prostopadłe są liniowo niezależne. Ortogonalizacja Gramma-Schmidta. Rzut ortogonalny, jego własności (dowód).

2 1. Wektory v 1,..., v n są liniowo niezależne zaś v n+1 nie jest ich kombinacją liniową. Czy układ v 1,..., v n, v n+1 musi być liniowo niezależny? 2. Dana jest macierz A M m n (K). Kiedy określone jest: (a) A T A, (b) AA T + 2A T A (c) (A T A) 2 3. Odwzorowanie liniowe f : V W nie jest różnowartościowe. Niech W 0 W będzie podprzestrzenią liniową, V 0 = f 1 (W 0 ) i niech f 0 : V 0 W 0 będzie dane wzorem f 0 (x) = f(x). Czy f 0 może być różnowartościowe? 4. Pokazać, że wektory v 1,..., v n są liniowo zależne jeden z nich jest kombinacją liniową pozostałych. 5. Podać definicję kąta miedzy wektorami (w przestrzeni z iloczynem skalarnym). Obliczyć kąt między wektorami (1, 1, 1, 1), 1, 1, 1, 1) 6. Znaleźć bazę przestrzeni V = {(x, y, z, t) R 4 ; 2x y + 3z + t = 0; x + 2y + z t = 0; 3x 4y + 5t + 3z = 0} 7. Rozwiązać układ równań x y + 2z t = 1 ; 2x 3y z + t = 1 ; x + 7z 4t = Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 dane jest w bazie (2, 1), ( 3, 1) poprzez macierz A = 9. Podać bazę wektorów własnych odwzorowania f : R 2 R 2 danego wzorem f(x, y) = (0, 1x + 0, 8y; 0, 9x + 0, 2y) 1. Wektory v 1,..., v n są liniowo niezależne zaś v n+1 nie jest ich kombinacją liniową. Czy układ v 1,..., v n, v n+1 musi być liniowo niezależny? 3. Znaleźć bazę ortonormalną przestrzeni V = {(x, y, z) R ; 2x y + 3z = 0; x + 2y + z = 0; 3x 4y + 5z = 0} 4. Rozwiązać układ równań x y + 2z t = 1 ; 2x 3y z + t = 1 ; x + 7z 4t = Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 dane jest w bazie (2, 1), ( 3, 1) poprzez macierz A = 1. Dana jest macierz A M m n (K). Kiedy określone jest: (a) A T A, (b) AA T A T A (c) det(a T A) 2. Niech f : V t W będzie odwzorowaniem na (f(v ) = W ) oraz dimv = dimw +1. Niech 0 v 0 V spełnia f(x) = 0. Pokazać, że jeśli podprzestrzeń V 0 V nie zawiera v 0 to odwzorowanie f : V 0 W jest wzajemnie jednoznaczne. 3. Pokazać, że L(A) (zbiór wszystkich kombinacji liniowych) jest najmniejszą podprzestrzenią linową zawierającą A.

3 4. Pokazać, że wielomian charakterystyczny nie zależy od bazy. Czy zero może być wartością własną? 5. Znaleźć bazę przestrzeni V = {(x, y, z, t) R 4 ; 3x + y + 2z t = 0; x y + z + 2t = 0; +5x + 3y + 3z 4t = 0} 6. Rozwiązać układ równań x 3y + 2z + t = 1 ; 7x + z 4t = 4 ; 2x y + z t = Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 dane jest w bazie ( 1, 1), (2, 3) poprzez macierz A = Podać bazę wektorów własnych odwzorowania f : R 2 R 2 danego wzorem f(x, y) = (0, 4x + 0, 7y; 0, 6x + 0, 3y) 1. Wektory v 1,..., v n są liniowo niezależne zaś v n+1 nie jest ich kombinacją liniową. Czy układ v 1,..., v n, v n+1 musi być liniowo niezależny? 3. Znaleźć bazę ortogonalną przestrzeni V = {(x, y, z, t) R 4 ; 3x + y + 2z t = 0; x y + z + 2t = 0; +5x + 3y + 3z 4t = 0} 4. Rozwiązać układ równań ; 2x + y + z + 2t = 2 ; 3x y + 3z + 5t = 2 ; x + 3y z t = Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 dane jest w bazie (1, 2), (3, 1) poprzez macierz A = 6. Podać bazę wektorów własnych odwzorowania f : R 2 R 2 danego wzorem f(x, y) = (7x + 4y; 3x + 6y) Wektory v 1,..., v n, v n+1 są liniowo zależne zaś v n+1 nie jest kombinacją liniową pozostałych. Czy układ v 1,..., v n, v n+1 musi być liniowo zależny? 3. Znaleźć bazę ortogonalną przestrzeni V = {(x, y, z, t) R 4 ; 5x + 3y + 3z 4t = 0 3x + y + 2z t = 0 x y + z + 2t = 0} 4. Rozwiązać układ równań x + 3y z t = 2 ; 2x + y + z + 2t = 2 ; 3x y + 3z + 5t = Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 dane jest w bazie (2, 1), ( 3, 1) poprzez macierz A = 6. Podać bazę wektorów własnych odwzorowania f : R 2 R 2 danego wzorem f(x, y) = (6x + 3y; 4x + 7y)

4 1. Dla jakich wartości parametru a R wektor (a, 1) R 2 jest kombinacją liniową wektorów (2, a 2 ), (1, 2). Kiedy kombinacja taka jest jednoznaczna? 2. Jakie warunki muszą spełniać liczby m, n, p, q N tak aby dla macierzy A M m n (R), B M p q (R) określone były: AB ; AB + BA ; A T A ; A T + AA T, det(a T A). 3. Rozwiązać układ równań: 2x y z + u = 1, x + y + 2z + u = 2, 3y + 5z + u = Zbadać określoność formy kwadratowej φ(x, y, z) = x 2 + y 2 + 3z 2 + 2xy 2xz 4yz. Czy może ona przyjmować wartości ujemne? 5. Znaleźć rzut prostopadły punktu (1, 1, 1) na podprzestrzeń V R 3 wyznaczoną przez wektory (1, 1, 1), (1, 1, 1). 6. Udowodnić, że układ wektorów przestrzeni liniowej jest liniowo niezależny jeden z nich jest kombinacją liniową pozostałych. Podać przykład mówiący, że równoważność ta nie będzie prawdziwa gdyby zamienić jeden z nich na każdy z nich? 1. Dla jakich wartości parametru a R wektor (a, 1) R 2 jest kombinacją liniową wektorów (2, a 2 ), (1, 2). Kiedy kombinacja taka jest jednoznaczna? 2. Jakie warunki muszą spełniać liczby m, n, p, q N tak aby dla macierzy A M m n (R), B M p q (R) określone były: AB ; AB + BA ; A T A ; A T + AA T, det(a T A). 3. Rozwiązać układ równań: 2x y z + u = 1, x + y + 2z + u = 2, 3y + 5z + u = Zbadać określoność formy kwadratowej φ(x, y, z) = x 2 + y 2 + 3z 2 + 2xy 2xz 4yz. Czy może ona przyjmować wartości ujemne? 5. Znaleźć rzut prostopadły punktu (1, 1, 1) na podprzestrzeń V R 3 wyznaczoną przez wektory (1, 1, 1), (1, 1, 1). 6. Udowodnić, że układ wektorów przestrzeni liniowej jest liniowo niezależny jeden z nich jest kombinacją liniową pozostałych. Podać przykład mówiący, że równoważność ta nie będzie prawdziwa gdyby zamienić jeden z nich na każdy z nich?

5 1. Znaleźć bazę przestrzeni liniowej V i uzasadnić, że jest to baza. V = {(x, y, z, t) R 4 ; x 2y + z 3t = 0; 2x y + z + t = 0; 5x y + 2z + 6t = 0} 2. Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 ma wektory własne (2, 1), (1, 2) oraz odpowiadające im wartości własne 2 i 3. Obliczyć f(1, 0). 3. Podać rzut ortogonalny wektora (1, 5, 1) na podprzestrzeń V R 3 generowaną przez wektory (1, 1, 3), (2, 1, 4). 4. Znaleźć bazę ortonormalną przestrzeni V R 3 ortogonalnej do prostej (2t, t, 3t). 5. Sprowadzić do postaci kanonicznej formę dwuliniową f : R 3 R daną wzorem f(x, y, z) = 2x 2 y 2 + z 2 + 4xy 4xz. Wskazać bazę. 6. Dane jest odwzorowanie liniowe f : R 4 R 3 wzorem f(x, y, z, t) = (x + y z + t, x y + z + t, x + t). Podać bazy jądra i obrazu f. 7. Udowodnić, że układ wektorów jest liniowo niezależny jeden z nich jest kombinacją liniową pozostałych. 8. Pokazać, że wielomian charakterystyczny nie zależy od wyboru bazy. 1. Znaleźć bazę przestrzeni liniowej V i uzasadnić, że jest to baza. V = {(x, y, z, t) R 4 ; x y + z + 2t = 0; 6x y + 2z + 5t = 0; 3x 2y + z + t = 0} 2. Odwzorowanie liniowe f : R 2 R 2 ma wektory własne (1, 2), (2, 1) oraz odpowiadające im wartości własne 3 i + 2. Obliczyć f(1, 0). 3. Podać rzut ortogonalny wektora ( 3, 3, 3) na podprzestrzeń V R 3 generowaną przez wektory (1, 3, 1), (2, 4, 1). 4. Znaleźć bazę ortonormalną przestrzeni V R 3 ortogonalnej do prostej (t, 2t, t). 5. Sprowadzić do postaci kanonicznej formę dwuliniową f : R 3 R daną wzorem f(x, y, z) = x 2 y 2 + 2z 2 4xy + 4xz Wskazać bazę. 6. Dane jest odwzorowanie liniowe f : R 4 R 3 wzorem f(x, y, z, t) = ( x+y +z +t, x y +z +t, z +t). Podać bazy jądra i obrazu f. 7. Pokazać,że macierz kwadratowa posiada odwrotną jej wyznacznik jest różny od zera. 8. Pokazać, że każda macierz o wspólczynnikach rzeczywistych posiada wartość własną zespoloną. Uzasadnić, że nie musi być to wartość rzeczywista.