SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Relevanta dokument
SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. (1 p) (c) Bestäm avståndet mellan A och linjen l.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. t 2

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

3 1 = t 2 2 = ( 1) ( 2) 1 2 = A(t) = t 1 10 t

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

A = (3 p) (b) Bestäm alla lösningar till Ax = [ 5 3 ] T.. (3 p)

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Exempeltenta med lösningar Programmen EI, IT, K, X Linjär algebra juni 2004

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) Måndagen den 13 juni 2005

. b. x + 2 y 3 z = 1 3 x y + 2 z = a x 5 y + 8 z = 1 lösning?

Frågorna 1 till 6 ska svaras med ett kryss för varje korrekt påstående. Varje uppgift ger 1 poäng.

Lösning av tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, för CDATE, CTFYS och vissa CL, tisdagen den 20 maj 2014 kl

A = x

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen med lösningsförslag onsdag, 11 januari 2017

A = v 2 B = = (λ 1) 2 16 = λ 2 2λ 15 = (λ 5)(λ+3). E 5 = Span C =

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

1. (a) (1p) Undersök om de tre vektorerna nedan är linjärt oberoende i vektorrummet

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 15 mars 2010 kl

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) måndagen den 30 maj 2005

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Uppgifter, 2015 Tillämpad linjär algebra

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag med bedömningskriterier till kontrollskrivning 2 Måndagen den 24 september, 2012

Preliminärt lösningsförslag

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl 8 13 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. 1. Volymen med tecken ges av determinanten.

SF1624 Algebra och geometri

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Uppgifter, 2014 Tillämpad linjär algebra

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdagen 29 oktober, 2014

1. (a) Bestäm alla värden på c som gör att matrisen A(c) saknar invers: c 1

Crash Course Algebra och geometri. Ambjörn Karlsson c januari 2016

2 1 1 s s. M(s) = (b) Beräkna inversen för det minsta positiva heltalsvärdet på s som gör matrisen inverterbar.

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 17 april 2010 kl

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Lördagen den 5 juni, 2010 DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

2x + y + 3z = 4 x + y = 1 x 2y z = 3

Frågorna 1 till 6 ska svaras med ett kryss för varje korrekt påstående. Varje uppgift ger 1 poäng. Använd bifogat formulär för dessa 6 frågor.

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 9 juni 2011 kl

Övningar. MATEMATISKA INSTITUTIONEN STOCKHOLMS UNIVERSITET Avd. Matematik. Linjär algebra 2. Senast korrigerad:

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdag, 13 januari 2016

Övningar. c) Om någon vektor i R n kan skrivas som linjär kombination av v 1,..., v m på precis ett sätt så. m = n.

1 som går genom punkten (1, 3) och är parallell med vektorn.

Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, den 12 mars 2013 kl

(d) Mängden av alla x som uppfyller x = s u + t v + (1, 0, 0), där s, t R. (e) Mängden av alla x som uppfyller x = s u där s är ickenegativ, s 0.

DEL I 15 poäng totalt inklusive bonus poäng.

Egenvärden och egenvektorer. Linjär Algebra F15. Pelle

Linjär algebra på 2 45 minuter

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

LYCKA TILL! kl 8 13

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

Lösningar till MVE021 Linjär algebra för I

x 2y + z = 1 (1) 2x + y 2z = 3 (2) x + 3y z = 4 (3)

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

Inför tentamen i Linjär algebra TNA002.

y z 3 = 0 z i )

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

Vektorgeometri för gymnasister

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, den 15 mars 2012 kl

3. Lös det överbestämda systemet nedan på bästa sätt i minsta kvadratmening. x + y = 1 x + 2y = 3 x + 3y = 4 x + 4y = 6

Stöd inför omtentamen i Linjär algebra TNA002.

ax + y + 4z = a x + y + (a 1)z = 1. 2x + 2y + az = 2 Ange dessutom samtliga lösningar då det finns oändligt många.

Detta cosinusvärde för vinklar i [0, π] motsvarar α = π 4.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Fredagen den 23 oktober, 2009 DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

29 november, 2016, Föreläsning 21. Ortonormala baser (ON-baser) Gram-Schmidt s ortogonaliseringsprocess

. (2p) 2x + 2y + z = 4 y + 2z = 2 4x + 3y = 6

P Q = ( 2, 1, 1), P R = (0, 1, 0) och QR = (2, 2, 1). arean = 1 2 P Q P R

Facit/lösningsförslag

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

Preliminärt lösningsförslag

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

8(x 1) 7(y 1) + 2(z + 1) = 0

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

Prov i matematik Civilingenjörsprogrammen EL, IT, K, X, ES, F, Q, W, Enstaka kurs LINJÄR ALGEBRA

Prov i matematik F2, X2, ES3, KandFys2, Lärare, Frist, W2, KandMat1, Q2 LINJÄR ALGEBRA II

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Bedömningskriterier till tentamen Fredagen den 22 oktober, 2010

kvivalenta. Ange rangen för A samt en bas för kolonnrummet för A. och U =

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Preliminärt lösningsförslag

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Linnea Hietala MVE480 Linjär algebra S

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 15 december, 2009 DEL A

3x + y z = 0 4x + y 2z = 0 2x + y = Lös det överbestämda systemet nedan på bästa sätt i minsta kvadratmening. x = 1 x + y = 1 x + 2y = 2

Tentamen i ETE305 Linjär algebra , 8 13.

16.7. Nollrum, värderum och dimensionssatsen

SF1624 Algebra och geometri Bedömningskriterier till tentamen Tisdagen den 15 december, 2009

(1, 3, 2, 5), (0, 2, 0, 8), (2, 0, 1, 0) och (2, 2, 1, 8)

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

Exempelsamling :: Diagonalisering

Vektorerna är parallella med planet omm de är vinkelräta mot planets normal, dvs mot

n = v 1 v 2 = (4, 4, 2). 4 ( 1) + 4 ( 1) 2 ( 1) + d = 0 d = t = 4 + 2s 5 t = 6 + 4s 1 + t = 4 s

1 x 1 x 2 1 x x 2 x 2 2 x 3 2 A = 1 x 3 x 2 3 x x 4 x 2 4 x 3 4

Transkript:

SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 DEL A Betrakta punkterna A = (2, 2) och B = (6, 4) och linjen (, 3) + t(2, ) i planet (a) Det finns exakt en punkt P på linjen så att triangeln ABP är rätvinklig med den räta vinkeln i B Bestäm P (2 p) (b) Det finns även exakt en punkt Q på linjen så att triangeln ABQ är rätvinklig med den räta vinkeln i Q Bestäm Q (2 p) Lösningsförslag a) Låt P = (2t, 3 t) vara en punkt på linjen Vi betraktar vektorerna AB 4 = och BP 2] 2t 7 = t som går längs triangelns två sidor Vinkeln i B är rät om och endast om AB BP = 0 Vi vill bestämma t så att detta är uppfyllt Vi får ekvationen 0 = AB BP = (8t 28) + ( 2t 2) = 6t 30 t = 5 Således är P = (9, 2) den unika punkten på linjen som gör triangeln ABP rätvinklig i punkten B b) Låt Q = (2t, 3 t) vara en punkt på linjen Nu betraktar vi vektorerna AQ = 2t 3 t ], QB = 7 2t + t ] Vinkeln i Q är rät precis då AQ QB = 0 Vi får ekvationen 0 = AQ QB = (2t 3)(7 2t) + ( t)( + t) = (5t 2 20t + 20) = 5(t 2) 2 Detta är endast uppfyllt då t = 2, dvs då Q = (3, ) (a) Punkten P = (9, 2) (b) Punkten Q = (3, )

2 SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 2 Betrakta den linjära avbildning T : R 2 R 2 som ges av matrisen 2 A = 3 (a) Linjen med ekvation 3x + 4y = 0 avbildas av T på en linje H Bestäm en ekvation för linjen H (3 p) (b) Även linjen med ekvation 3x + 4y = avbildas på en linje Bestäm en ekvation för denna linje ( p) 4 Lösningsförslag a) Vi ser att linjen 3x+4y = 0 har en riktningsvektor u = (eftersom 3] 3 är en normal till linjen) Således måste v = T ( u) vara en riktningsvektor till linjen H, 4] om v är noll-skilld Vi beräknar v: v = A u = 2 4 5 = 3 ] 3 9] Eftersom linjen 3x + 4y = 0 går genom origo, måste också linjen H gå genom origo (origo avbildas på origo) Alltså är 9x 5y = 0 en ekvation för linjen H b) Eftersom linjerna 3x + 4y = 0 och 3x + 4y = är parallella, måste bilden av linjen 3x + 4y = ha samma rikning som H Linjen 3x + 4y = går genom punkten (, ) En enkel räkning visar att denna punkt avbildas av T på (, 2) Således kan den sökta linjen skrivas på formen 9x 5y =, eftersom 9( ) 5( 2) = (a) En ekvation för H är 9x 5y = 0 (b) En ekvation är 9x 5y =

SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 3 3 Om u och v är två vektorer i rummet så får vi en linjär avbildning T : R 3 R genom för x i R 3 (a) Låt T ( x) = ( u x) v, u = 2 och v = 2 0 0 och bestäm matrisen för T i detta fall (2 p) (b) Bestäm nollrum och bildrum för T om u och v är två linjärt oberoende vektorer (2 p) Lösningsförslag Vi får att T x y = 2 x y 2 0 = 2z z 2 0 = 4z + y 2x z 0 z y 2x Från detta följer att T ges av matrisen 2 4 ] b) Vi kommer ihåg att ( u x) v ger volymen av den parallellepiped som spänns upp av vektorerna u, x och v Eftersom u och v är linjärt oberoende, så spänner de upp ett plan V = span( u, v) Om x ligger i V så är volymen av parallellepipeden 0; om inte så är volymen positiv Från detta följer att avbildningen T har nollrummet V och bildrummet R (a) Matris 2 4 ] (b) Bildrummet är hela R, nollrummet är Span( u, v)

4 SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 DEL B 4 Låt B = ( e, f) vara en bas för ett delrum V i R n Låt u och v vara två vektorer i R n som uppfyller relationerna u + e = v och f + 2 u = 3 v (a) Bestäm koordinatvektorn till v med avseende på basen B (2 p) (b) Visa att vektorerna u och v också utgör en bas för V (2 p) Lösningsförslag a) Vi vill skriva vektorn v som en linjärkombination av e och f Eftersom vi vet att v = u + e, kan vi sätta in detta i den andra relationen, vilket ger oss f + 2 u = 3( u + e) Från detta får vi att u = (3/5) e (/5) f Från den första] relationen får vi då att v = (2/5) e (/5) f 2/5 Således har vektorn v koordinaterna i basen B /5 b) Eftersom rummet V är två-dimensionellt, behöver vi bara se att vektorerna u och v är linjärt oberoende Om de var linjärt beroende måste v = t u för något tal t Detta betyder nu att u + e = t u, och att f + 2 u = 3t u Då ser vi att båda e och f är skalärmultippler av u, och då kan inte e och f vara linjärt oberoende Detta motsäger antagelsen om att e och f är en bas (a) Koordinatmatrisen är (b) - 2/5 /5

SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 5 5 Den linjära avbildningen T : R 2 R 2 avbildar enhetskvadraten på en parallellogram enligt figuren nedan Rita ut egenrummen och ange motsvarande egenvektorer (4 p) y y x x FIGUR Enhetskvadraten och dess bild genom avbildningen T 0 Lösningsförslag Från figuren ser vi att vektorn avbildas på vektorn, och vektorn 0] ] 0 2 avbildas på Alltså vet vi att avbildningen har standardmatrisen ] ] 0 2 Vi bestämmer egenvärdena till matrisen ovan Vi har att det karakteristiska polynomet c(λ) är λ 2 det = λ(λ ) 2 λ Nollställen till det karakteristiska polynomet c(λ) är λ = och λ = 2 Insättning av dessa värden ger med λ =, att egenrummet är nollrummet till matrisen 2 2 2 En bas för detta egenrum är vektorn På liknande sätt hittar vi att och en bas för egenrummet λ = 2 är vektorn ] 2t (a) Linjen t egenvektorer med egenvärdet 2 ], tal t 0 är egenvektorer med egenvärdet - Linjen t t], tal t 0 är

6 SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 6 Låt V vara alla vektorer x y z w ] T i R 4 som uppfyller x = y och x + y = z + w (a) Förklara varför V är ett delrum av R 4 ( p) (b) Bestäm standardmatrisen för en linjär avbildning T : R 4 R 4 vars bildrum, im(t ), är V (3 p) Lösningsförslag a) V är ett delum av R 4 eftersom det är lösningsrummet till det homogena systemet { x y = 0 x + y z w = 0 b) Vi betraktar det linjära systemet ovan Om vi låter x = t och z = s, får vi y = t och w = 2t s Således har vi x 0 y z = t 0 + s 0, w 2 0 dvs delrummet V spänns upp av vektorerna v = 0 och v 2 = 0 2 Om den linjära avbildningen T ska ha V som bildrum, så måste V spännas upp av kolonnvektorerna i standardmatrisen för T Alltså är, t ex, 0 0 0 v v 2 0 0] = 0 0 0 0 0 0 2 0 0 standardmatrisen till en linjär avbildning vars bildrum är V (a) - (b) -

SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 7 DEL C 7 (a) Låt A vara en inverterbar och diagonaliserbar matris Visa att alla potenser A k också är diagonaliserbara, där k är ett godtyckligt heltal (2 p) (b) Ge ett exempel på en 2 2-matris A som inte är diagonaliserbar, medan A 2 är diagonaliserbar (2 p) Lösningsförslag a) Vi betraktar först k Eftersom A är diagonaliserbar så finns det en inverterbar matris S sådan att S AS = D, där D är en diagonalmatris Detta betyder att A kan skrivas A = SDS Från detta följer att A 2 = (SDS )(SDS ) = SD 2 S På sama sätt fås att A k = SD k S för varje k Eftersom D k är en diagonalmatris (diagonalmatris gånger diagonalmatris ger en diagonalmatris), så ser vi alltså att S A k S = D k, dvs A k är diagonaliserbar Om k = 0 är A k = I, som är en diagonalmatris Vi behandlar nu fallet k Eftersom vi vet att S AS = D, och eftersom A är inverterbar så måste också D vara inverterbar Vidare måste D vara en diagonalmatris Således har vi D = (S AS) = (AS) (S ) = S A S, vilket betyder att A är diagonaliserbar Genom att göra på precis samma sätt som ovan, fast för A, följer nu att A k är diagonaliserbar för varje k b) Matrisen 0 R = 0 ger en rotation med vinkeln π/2 Nollställen till det karakteristiska polynomet det(λi R) är de komplexa talen (±i), så matrisen R är ej diagonaliserbar Men R 2 är rotation med vinkel π, dvs 0 R 2 = 0 som är en diagonalmatris (så speciellt är den diagonaliserbar) (a) (b)

8 SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 8 Delrummet W av R 4 spänns upp av vektorerna 0 v = 2 0 och w = 2 3 Den linjära avbildningen T : R 4 R 4 uppfyller att T ( v) = v + w och T ( w) = 2 w, samt att nollrummet, ker(t ), har dimension 2 Bestäm egenvärdena till avbildningen T (4 p) Lösningsförslag Eftersom vektorerna u och v är linjärt oberoende, så utgör de en bas för delrummet W Således vet vi att W är två-dimensionellt Eftersom kärnan ker(t ) är tvådimensionell vet vi att 0 är ett egenvärde (med egenrummet ker(t )), och att multipliciteten är två Vidare vet vi att T ( w) = 2 w Eftersom w 0, så måste alltså 2 vara ett egenvärde till T Vi ser också att T ( w v) = T ( w) T ( v) = 2 w ( v + w) = w v, så är också ett egenvärde till T Alltså, avbildningen T har egenvärdena 0, och 2, och detta är alla egenvärden (a) (b)

SF624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 202-2-3 9 9 De tre punkterna (6, 5, 5), (5, 4, ) och (4, 3, 6) är tre av de åtta hörnen i en kub Bestäm volymen av denna kub (4 p) Lösningsförslag I en kub finns det tre möjliga avstånd mellan två hörn: sidlängd samt läng av diagonalen på vardera sida av kuben, samt längden av den långa diagonalen mellan två motsatta sidor Vi beräknar avståndet mellan de tre givna punkterna Låt P = (6, 5, 5), Q = (5, 4, ) och R = (4, 3, 6) Då är QP = 4 = 8 = 3 2, RP = 2 2 = 3 och RQ = 5 = 27 = 3 3 Eftersom det minsta av dessa tal, 3, måste vara kubens sidlängd (diagonalerna är alltid längre), följer alltså att kubens volym är 3 3 = 27 (a) (b)