Egzamin z algebry liniowej 2003 r.

Podobne dokumenty
Przestrzenie liniowe w zadaniach

Wyk lad 9 Przekszta lcenia liniowe i ich zastosowania

Wyk lad 9 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

Wyk lad 9 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Wyk lad 7 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Wyk lad 7 Metoda eliminacji Gaussa. Wzory Cramera

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

Wyk lad 8 macierzy i twierdzenie Kroneckera-Capellego

A. Strojnowski - Twierdzenie Jordana 1

Wyk lad 11 Przekszta lcenia liniowe a macierze

DB Algebra liniowa 1 semestr letni 2018

Zadania o liczbach zespolonych

Wykład 4 Udowodnimy teraz, że jeśli U, W są podprzetrzeniami skończenie wymiarowej przestrzeni V to zachodzi wzór: dim(u + W ) = dim U + dim W dim(u

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność wektorów, bazy przestrzeni wektorowych

Zadania z GAL-u. 1 Rozwia. Listopad x + 3y = 1 3x + y = x + y = 1 x + 2y 3z = 3 2x + 4y + z = 1 1.2

Wyk lad 6 Podprzestrzenie przestrzeni liniowych

Wyk lad 13 Funkcjona ly dwuliniowe

Wyk lad 3 Wyznaczniki

Wyk lad 10 Przestrzeń przekszta lceń liniowych

Suma i przeciȩcie podprzestrzeni, przestrzeń ilorazowa Javier de Lucas

Wyk lad 5 W lasności wyznaczników. Macierz odwrotna

(α + β) a = α a + β a α (a + b) = α a + α b (α β) a = α (β a). Definicja 4.1 Zbiór X z dzia laniami o wyżej wymienionych w lasnościach

Układy równań liniowych

Algebra i jej zastosowania konspekt wyk ladu, czȩść druga

Zadania z algebry liniowej - sem. I Przestrzenie liniowe, bazy, rząd macierzy

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Układy liniowo niezależne

Algebra i jej zastosowania ćwiczenia

Warunki dzia lań na wektorach - aksjomaty przestrzeni liniowej a) b) daja podobnie do wektorów: strza lki, si la, pre

Wyk lad 4 Macierz odwrotna i twierdzenie Cramera

Pierwsze kolokwium z Matematyki I 4. listopada 2013 r. J. de Lucas

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

sa dzie metryka z euklidesowa, to znaczy wyznaczaja ca cki, Wojciech Suwiński)

Wyk lad 4 Dzia lania na macierzach. Określenie wyznacznika

Wyk lad 9 Podpierścienie, elementy odwracalne, dzielniki zera

Wyk lad 14 Formy kwadratowe I

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Endomorfizmy liniowe

Zadania przygotowawcze, 3 kolokwium

c ze wzoru dwumianowego Newtona obliczyć sumy: a) 3 2 obliczyć wartości wyrazów będa cych liczbami ca lkowitymi,

Przekształcenia liniowe

Treść wykładu. Układy równań i ich macierze. Rząd macierzy. Twierdzenie Kroneckera-Capellego.

Praca domowa - seria 6

13 Układy równań liniowych

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Przypomnij definicję grupy, które z podanych struktur są grupami:

Wykład 12 i 13 Macierz w postaci kanonicznej Jordana , 0 A 2

Zagadnienie Dualne Zadania Programowania Liniowego. Seminarium Szkoleniowe Edyta Mrówka

2 Rachunek macierzowy, metoda eliminacji Gaussa-Jordana Wprowadzenie teoretyczne Zadania... 13

Twierdzenia o funkcjach uwikłanych i odwracaniu funkcji

GAL z aweber/zadania/gal2017gw/ Wersja

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ

GAL, konspekt wyk ladów: Przestrzenie afiniczne

Wyk lad z Algebry Liniowej dla studentów WNE UW. Rok akademicki 2017/2018. Przyk lady zadań na ćwiczenia. 1. Które z cia

Wyk lad 1 Podstawowe struktury algebraiczne

Algebra Liniowa 2 (INF, TIN), MAP1152 Lista zadań

Wykład 5. Ker(f) = {v V ; f(v) = 0}

Literatura: Oznaczenia:

y 1 y 2 = f 2 (t, y 1, y 2,..., y n )... y n = f n (t, y 1, y 2,..., y n ) f 1 (t, y 1, y 2,..., y n ) y = f(t, y),, f(t, y) =

Wyk lad 2 Podgrupa grupy

= i Ponieważ pierwiastkami stopnia 3 z 1 są (jak łatwo wyliczyć) liczby 1, 1+i 3

Iloczyn skalarny. Mirosław Sobolewski. Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW. 10. wykład z algebry liniowej Warszawa, grudzień 2013

1 Przestrzenie unitarne i przestrzenie Hilberta.

Rozdzia l 11. Przestrzenie Euklidesowe Definicja, iloczyn skalarny i norma. iloczynem skalarnym.

1 Rząd macierzy. 2 Liniowa niezależność. Algebra liniowa. V. Rząd macierzy. Baza podprzestrzeni wektorowej

Niesimpleksowe metody rozwia zywania zadań PL. Seminarium Szkoleniowe Edyta Mrówka

Wyk lad 14 Cia la i ich w lasności

Równania liniowe. Rozdział Przekształcenia liniowe. Niech X oraz Y będą dwiema niepustymi przestrzeniami wektorowymi nad ciałem

Rozwiązania zadań z listy T.Koźniewskiego

Rozdzia l 10. Formy dwuliniowe i kwadratowe Formy dwuliniowe Definicja i przyk lady

Kombinacje liniowe wektorów.

ROZDZIA l 13. Zbiór Cantora

Wydział Fizyki PW Algebra z geometria

Niezb. ednik matematyczny. Niezb. ednik matematyczny

Wektory i wartości własne

3 Przestrzenie liniowe

Baza w jądrze i baza obrazu ( )

R n jako przestrzeń afiniczna

Zadania z GAL-u 2004/2005

Wykład 5. Metoda eliminacji Gaussa

Wektory i wartości własne

WYK LAD 5: GEOMETRIA ANALITYCZNA W R 3, PROSTA I P LASZCZYZNA W PRZESTRZENI R 3

Pierścienie grupowe wyk lad 3. lewych podmodu lów prostych. Ogólniej, aby roz lożyć dany pierścień na sume. prosta

Zestaw zadań 5: Sumy i sumy proste podprzestrzeni. Baza i wymiar. Rzędy macierzy. Struktura zbioru rozwiązań układu równań.

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: JFT s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

2. Układy równań liniowych

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

ALGEBRA LINIOWA Z GEOMETRIĄ, LISTA ZADAŃ NR 8

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Lista. Przestrzenie liniowe. Zadanie 1 Sprawdź, czy (V, +, ) jest przestrzenią liniową nadr :

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

2. Równania nieliniowe i ich uk lady

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

WYK LAD 2: PODSTAWOWE STRUKTURY ALGEBRAICZNE, PIERWIASTKI WIELOMIANÓW, ROZK LAD FUNKCJI WYMIERNEJ NA U LAMKI PROSTE

a 11 a a 1n a 21 a a 2n... a m1 a m2... a mn x 1 x 2... x m ...

Wykład 9. Stateczność prętów. Wyboczenie sprężyste

Podprzestrzeń wektorowa, baza, suma prosta i wymiar Javier de Lucas

Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni 30 30

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Transkrypt:

Egzamin z algebry linioej 003 r. Cześć I na ocene dostateczna Zadanie. Wyznacz szystkie liczby zespolone z takie, że a) z = 8 + 6i, b) ( + 3i) z = i. Zadanie. Wykonaj podane dzia lania macierzoe: [ 3 0 ]T [ ] 0 + 4 3 7 6. Zadanie 3. Stosujac metode eliminacji Gaussa roziaż nad cia lem R uk lad rónań: x x 9x 3 + 6x 4 + 7x 5 + 0x 6 = 3 6x 3 + 4x 4 + x 5 + 3x 6 =. 3x 3 + x 4 x 5 5x 6 = Zadanie 4. Stosujac roziniecie Laplace a zgledem drugiej kolumny oblicz yznacznik: 3 a 5 b 7 0 3 c 0. 5 d Zadanie 5-db. Oblicz rzad macierzy: Cześć II na ocene co najmniej dobra A = 3 3 7 5 5 3 7 4 3 5 7 7 7 5 5 Zadanie 6-db. Wyznacz macierz odrotna do macierzy: 0 0 A = 0 0. 3 Zadanie 7-db. W przestrzeni linioej R 4 dane sa podprzestrzenie: V = L([,, 0, 0], [0,,, 0], [0, 0,, ]) oraz W = L([, 0,, 0], [0,,, ], [,,, ]). Wyznacz baze i ymiar podprzestrzeni: a) V, b) W, c) V + W, d) V W. Zadanie 8-bdb. Znajdź uk lad jednorodny rónań linioych nad cia lem R, którego przestrzeń roziazań jest generoana przez ektory: [,,,, ], [,, 0, 0, 3], [3,,,, 7], [0,,,, ]. Zadanie 9-bdb. Wyznacz artości i ektory lasne nad cia lem R macierzy: A = 7 6 0 9 0 4 3..

Roziazania zadań Roziazanie Zadania. a) Szukana liczbe z zapiszmy postaci: z = x+yi, gdzie x i y sa szukanymi liczbami rzeczyistymi. Wtedy z = x + xyi y = (x y ) + xyi. Zatem x y ) + xyi = 8 + 6i, { x skad x y y = 8 = 8 oraz xy = 6, czyli xy = 3. Poszukujemy rozi azań naszego uk ladu rónań liczbach ca lkoitych x, y. Z drugiego rónania idzimy, że liczby x, y maja ten sam znak, iec x = i y = 3 lub x = 3 i y =. Ale po uzglednieniu pierszego rónania mamy, że x = i y = 3. Stad jednym z rozianań rónania podanego treści zadania jest z = + 3i. Zatem drugim roziazaniem jest z = 3i. Odp. z = + 3i lub z = 3i. b) Mamy, że z = i +3i = +i 3i = (+i) (+3i) ( 3i) (+3i) Odp. z = 3 + 5i. == 4+63i+i 3 +3 = 39+65i 3 = 3 + 5i. [ ]T [ ]T [ ] 3 Roziazanie Zadania. Mamy, że = 3, iec 0 = 0 3 [ ] [ ]T [ ] 0 = 3 5 4. Stad + 4 3 = 5 4 + 0 3 8 7 7 6 8 7 0 4 3 =. 7 6 Odp.. Roziazanie Zadania 3. B edziemy ykonyali rachunki na macierzy uzupe lnionej naszego uk ladu: 9 6 7 0 3 0 0 40 55 0 0 0 6 4 3 33, 3 0 0 0 0 4 33 0 x x4 0 0 3 5 0 0 3 5 x 6 55 0 0 0 0 0 4 33 0 x x 4 x 3 x x 5 0 0 40 3 x 6 55 0 0 3 0 5 x x 4 x 3 x x 5 0 0 40 x3 x5 0 3 0 5 0 0 0 0 4 33 0 x x 4 x 5 x x 3 x 6 x x 4 x 5 0 40 0 55 0 0 0 3 5, 4 0 40 x x 3 x 6 0 55 0 3 0 0 3 5 403, + 3 0 0 4 0 0 33 0 0 0 0 0 8 0 x x 4 x 5 x x 3 x 6 0 0 0 0 0 0 0 0 3. Zatem zmiennymi bazoymi sa 6 x, x 3, x 6 oraz x = x, x 4 = 0 0 0 0 8 0 + 3 x 3 6 x 6, x 5 = 8 x 6. Stad mamy nastepuj ac a odpoiedź: Odp. Uk lad posiada nieskończenie iele roziazań danych zorami: x = a, x = a, x 3 = b, x 4 = + 3 b 6 c, x 5 = 8 c, x 6 = c, gdzie a, b, c sa doolnymi liczbami rzeczyistymi.

Roziazanie Zadania 4. Mamy, że 3 a 5 b 7 0 7 0 3 c 0 = ( ) + a 3 0 5 d 5 + ( )+ b 3 5 ( ) 4+ d 7 0 = 50a + 6b + 44c + 50d, bo 3 0 7 0 7 3 0 3 = 8 + 0 + 0 0 0 + 4 = 50, 5 5 3 5 3 5 3 0 3 = + 0 6 0 0 + 30 = 6, 5 5 3 5 3 5 7 0 7 = 4 + 0 + 4 70 0 0 = 44, 5 5 3 5 3 5 7 0 7 = 0 + 0 + 8 + 4 0 0 = 50. 3 0 3 Odp. 50a + 6b + 44c + 50d. Roziazanie Zadania 5. Mamy, że 0 8 8 8 6 33, 53, 4 73 r(a) = r 0 7 4 39 3 5 7 7 0 6 36 54 50 + r 4 9 4 3 4 9 4 3 8 8 7 5 = + r [ 4 9 4 3 8 8 7 5 ] 3 5 3 0 5 = + r + ( )3+ c 8 8 8 6 7 4 39 6 36 54 50 3 5 7 0 5 +, 3, 3 = = + = 3, bo ostatnia 4 macierz ma niezeroy minor 4 4 8 7 = 4 7 8 4 = 4. Odp. r(a) = 3. Roziazanie Zadania 6. Stosujac operacje elementarne na ierszach macierzy [A I 4 ] przekszta lcimy ja do postaci [I 4 A ]. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3, 4 3 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 3 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 4, 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( ) 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0. Zatem mamy nastepuj ac a odpoiedź: 0 Odp. A = 0 3. 0 Roziazanie Zadania 7. Ponieaż rzad macierzy uk ladu ektoró generujacych podprzestrzeń V 0 0 jest róny r 0 0 0 0 = 3, iec baza V jest {[,, 0, 0], [0,,, 0], [0, 0,, ]} oraz dim V = 3. Znajdujemy teraz rónanie hiperp laszczyzny V. Jest ono postaci: a x + a x + a 3 x 3 + a 4 x 4 = 0, gdzie [a, a, a 3, a 4 ] jest niezeroym roziazaniem uk ladu rónań: a + a = 0 a + a 3 = 0 a 3 + a 4 = 0 Wystarczy ziać: a 4 =, a 3 =, a =, a =. Zatem rónaniem hiperp laszczyzny V jest Znajdujemy baze podprzestrzeni W : 0 0 0 0 0 3 0 3 0 0 Zatem baz x + x x 3 + x 4 = 0. 0 0 0 0 0 3 a W jest {[, 0,, 0], [0,, 0, ], [0, 0,, ]} oraz dim W = 3. Znajdujemy rónanie b x + b x + b 3 x 3 + b 4 x 4 = 0 hiperp laszczyzny W : b + b 3 = 0 b + b 4 = 0 b 3 b 4 = 0.. 0 0 0 0 0 3 Wystarczy ziać: b 4 =, b 3 =, b =, b = i szukane rónanie hiperp laszczyzny W ma postać: x x + x 3 + x 4 = 0. Stad podprzestrzeń V W jest zbiorem roziazań uk ladu rónań: { x + x x 3 + x 4 = 0 x x + x 3 + x 4 = 0. 0 0 0 0 0 0 Rozi [ azujemy ten uk lad ] metoda [ eliminacji Gaussa: ] [ ] 0 0 ( ), ( ) 0 + 0 0 0 0 0 0 0 [ ] 0 0 0. Zatem zmiennymi bazoymi sa 0 0 0 x 3 i x 4. Stad x 3 = t, x 4 = s, x = t, x = s, gdzie t, s R. Zatem V W = {[s, t, t, s] : s, t R} = {[s, 0, 0, s] + [0, t, t, 0] : t, s R} = {s [, 0, 0, ]+t [0,,, 0] : s, t R} = L([, 0, 0, ], [0,,, 0]), czyli baza V W jest {[, 0, 0, ], [0,,, 0]} oraz dim(v W ) =. Stad dim(v +W ) = dim(v )+dim(w ) dim(v W ) = 3+3 = 4 i V +W jest podprzestrzenia przestrzeni cztero ymiaroej R 4, iec V +W = R 4 oraz baza V +W jest {[, 0, 0, 0], [0,, 0, 0], [0, 0,, 0], [0, 0, 0, ]}.. 4

Roziazanie Zadania 8. Znajdujemy najpier baze podprzestrzeni V generoanej przez ektory: [,,,, ], [,, 0, 0, 3], [3,,,, 7], [0,,,, ]. 0 0 3 3 7 0, 3 3 0 0 3 0 0 0 + 4, 3+ 4 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [ ] 0 0 3. Zatem baza 0 V jest {[,, 0, 0, 3], [0,,,, ]} oraz dim V =. Ponieaż nasze ektory maja 5 spó lrzednych, iec szukany uk lad rónań bedzie sie sk lada l z 5 = 3 rónań. Ponadto baza przestrzeni R 5 jest {[,, 0, 0, 3], [0,,,, ], [0, 0,, 0, 0], [0, 0, 0,, 0], [0, 0, 0, 0, ]}, iec istnieje przekszta lcenie linioe f : R 5 R 3 takie, że f([,, 0, 0, 3]) = [0, 0, 0], () f([0,,,, ]) = [0, 0, 0], () f([0, 0,, 0, 0]) = [, 0, 0], (3) f([0, 0, 0,, 0]) = [0,, 0], (4) f([0, 0, 0, 0, ]) = [0, 0, ]. (5) Ponieaż ektory [, 0, 0], [0,, 0], [0, 0, ] torza baze przestrzeni R 3 oraz należa do f(r 5 ), iec f(r 5 ) = R 3, czyli dim f(r 5 ) = 3. Ale 5 = dim R 5 = dim Ker(f) + dim f(r 5 ), iec dim Ker(f) = 5 3 =. Ponato z () i () mamy, że V = L([,, 0, 0, 3], [0,,,, ]) Ker(f) oraz dim V =, iec V = Ker(f). Pozostaje zatem yznaczyć zór analityczny na takie przekszta lcenie f. Niech ɛ = [, 0, 0, 0, 0], ɛ = [0,, 0, 0, 0], ɛ 3 = [0, 0,, 0, 0], ɛ 4 = [0, 0, 0,, 0], ɛ 5 = [0, 0, 0, 0, ]. Wtedy dla doolnych x, x, x 3, x 4, x 5 R: [x, x, x 3, x 4, x 5 ] = x ɛ + x ɛ + x 3 ɛ 3 + x 4 ɛ 4 + x 5 ɛ 5. Zatem z linioości przekszta lcenia f mamy, że f([x, x, x 3, x 4, x 5 ]) = x f(ɛ )+x f(ɛ )+x 3 f(ɛ 3 )+x 4 f(ɛ 4 )+x 5 f(ɛ 5 ). Ze zoru () mamy, że f(ɛ ) f(ɛ 3 ) + f(ɛ 4 ) + f(ɛ 5 ) = [0, 0, 0], iec f(ɛ ) [, 0, 0] + [0,, 0] + [0, 0, ] = [0, 0, 0], skad f(ɛ ) = [,, ]. Ze zoru () mamy, że f(ɛ )+f(ɛ )+3 f(ɛ 5 ) = [0, 0, 0], czyli f(ɛ )+[,, ]+3 [0, 0, ] = [0, 0, 0], skad f(ɛ ) = [,, ]. Stad f([x, x, x 3, x 4, x 5 ]) = x [,, ]+x [,, ]+x 3 [, 0, 0]+x 4 [0,, 0]+x 5 [0, 0, ] = [ x + x + x 3, x x + x 4, x x + x 5 ]. Zatem V = Ker(f) jest zbiorem roziazań uk ladu rónań: x + x + x 3 = 0 x x + x 4 = 0. x x + x 5 = 0 Roziazanie Zadania 9. Wyznaczamy najpier ielomian charakterystyczny naszej macierzy: 7 a 6 0 9 a 0 k +k +k 3 a 6 = a 9 a 0, 3 a 6 = 0 7 a 4 4 3 a a 4 3 a 0 7 a = ( ) + ( a) 7 a 4 7 a = ( a) [( 7 a) (7 a) + 48] = ( a) (a ). Zatem 5

pieriastkami ielomianu charakterystycznego sa jedynie liczby : a = i a =. Stad artościami lasnymi macierzy A sa liczby a = i a =. Znajdujemy ektory lasne odpoiadajace artości lasnej a = : 6x x + 6x 3 = 0 6 0x 0x + 0x 3 = 0 r, 0 r, x x + = 0 r3 x x + = 0 x x + x 3 = 0. x 4x + x 3 = 0 x x + = 0 Stad x 3 = t, x = s, x = s t, t, s R. Ogólna postać ektora lasnego odpoiadajacego artości lasnej a = : [s t, s, t], gdzie s, t R oraz t 0 lub s 0. Baza podprzestrzeni generoanej przez ektory lasne odpoiadajace artości lasnej a = jest {[,, 0], [, 0, ]}. Znajdujemy ektory lasne odpoiadajace artości lasnej a = : 8x x + 6x 3 = 0 0x 8x + 0x 3 = 0 r, r, 4x 6x + 3x 3 = 0 r3 r r, r 3 r 5x 9x + 5x 3 = 0 x 4x + 4x 3 = 0 6x x + 7x 3 = 0 4x 6x + 3x 3 = 0 x r r, 3x + x 3 = 0 x 3x + x 3 = 0 r3 r 4r 4x 6x + 3x 3 = 0 x 6x + 4x 3 = 0 x 3x + x 3 = 0 { { x 3x + x 3 = 0 6 r x 3x + x 3 = 0 r +3r 6x 5x 3 = 0 x 5 6 x 3 = 0 { x x 3 = 0 x 5 6 x 3 = 0. Zatem x 3 = 6t, x = 3t, x = 5t, gdzie t R. Ogólna postać ektora lasnego odpoiadajacego artości lasnej a = : [3t, 5t, 6t], gdzie t R \ {0}. Baza podprzestrzeni generoanej przez ektory lasne odpoiadajace artości lasnej a = : {[3, 5, 6]}. 6