SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Relevanta dokument
SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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

Vektorgeometri för gymnasister

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

= ( 1) ( 1) = 4 0.

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

Vektorgeometri för gymnasister

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

z = 4 + 3t P R = (5 + 2t, 4 + 2t, 4 + 3t) (1, 1, 3) = (4 + 2t, 3 + 2t, 1 + 3t)

Vektorgeometri för gymnasister

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

Dagens program. Repetition Determinanten Definition och grundläggande egenskaper

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903, för BD10 onsdag 22 september 2010, kl

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

Vektorgeometri för gymnasister

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

4x az = 0 2ax + y = 0 ax + y + z = 0

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag med bedömningskriterier till kontrollskrivning 1 Måndagen den 29 november, 2010

x = som är resultatet av en omskrivning av ett ekvationssystemet som ursprungligen kunde ha varit 2x y+z = 3 2z y = 4 11x 3y = 5 Vi får y z

Enhetsvektorer. Basvektorer i två dimensioner: 1 1 Basvektorer i tre dimensioner: Enhetsvektor i riktningen v: v v

Vektorgeometri för gymnasister

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Svar till tentan. Del A. Prov i matematik Linj. alg. o geom

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

Mer om analytisk geometri

Moment 5.5 Övningsuppgifter I 5.60a. 5.60b, 5.60.c, 61

EXEMPEL OCH LÖSNINGAR I LINJÄR ALGEBRA PER ALEXANDERSSON

Vektorgeometri för gymnasister

TENTAMEN. Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Onsdagen 25 september 2013 Tentamen består av 3 sidor

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter

Linjär Algebra F14 Determinanter

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

Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

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

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

Avsnitt 4, Matriser ( =

6.4. Linjära ekvationssytem och matriser

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

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

En vektor är mängden av alla sträckor med samma längd och riktning.

Slappdefinition. Räkning med vektorer. Bas och koordinater. En vektor är mängden av alla sträckor med samma längd och riktning.

Subtraktion. Räkneregler

{ 1, om i = j, e i e j = 0, om i j.

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

(a) Bestäm för vilka värden på den reella konstanten c som ekvationssystemet är lösbart. (b) Lös ekvationssystemet för dessa värden på c.

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

November 17, 2015 (1) en enda lsg. Obs det A = 1 0. (2) k-parameter lsg. Obs det A = 0. k-kolonner efter sista ledande ettan

MYSTERIER SOM ÅTERSTÅR

Vektorgeometri för gymnasister

LÖSNINGAR TILL UPPGIFTER TILL RÄKNEÖVNING 1

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

MULTIPLIKATION AV MATRISER, BASER I RUMMET SAMT FÖRSTA MÖTET MED MATRISINVERSER = = =

Lite Linjär Algebra 2017

1. (Dugga 1.1) (a) Bestäm v (3v 2u) om v = . (1p) and u =

Linjär algebra på 2 45 minuter

TMV206: Linjär algebra

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

6. Matriser Definition av matriser 62 6 MATRISER. En matris är ett rektangulärt schema av tal: a 11 a 12 a 13 a 1n a 21 a 22 a 23 a 2n A =

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

1. Bestäm volymen för den parallellepiped som ges av de tre vektorerna x 1 = (2, 3, 5), x 2 = (3, 1, 1) och x 3 = (1, 3, 0).

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

1 Grundläggande kalkyler med vektorer och matriser

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 1-4.

x+2y 3z = 7 x+ay+11z = 17 2x y+z = 2

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

Veckoblad 4, Linjär algebra IT, VT2010

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

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

LYCKA TILL! kl 8 13

October 9, Innehållsregister

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

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

Bestäm den matris B som löser ekvationen = 1 2

Preliminärt lösningsförslag

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

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903 Torsdag 22 augusti Skrivtid: 14:00-18:00 Examinator: Armin Halilovic

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Dagens program. Linjära ekvationssystem och matriser

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

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14, Linjär Algebra, Föreläsning 11

LINJÄRA AVBILDNINGAR

2. Vilka taltripler (x, y, z) satisfierar ekvationssystemet x + 2y 13z = 4 4x y + 17z = 5

ax + y + 2z = 3 ay = b 3 (b 3) z = 0 har (a) entydig lösning, (b) oändligt många lösningar och (c) ingen lösning.

e 3 e 2 e 1 Kapitel 3 Vektorer i planet och i rummet precis ett sätt skrivas v = x 1 e 1 + x 2 e 2

Transkript:

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs 1 016 Om inget annat uttryckligen sägs, kan koordinaterna för en vektor i antas vara givna i en ON-bas. Baser i rummet kan dessutom antas vara positivt orienterade. 1. (a) En triangel har sina hörn i punkterna P 1 = (1,1,0), P = (,,) och P 3 = (,3,1). Beräkna triangelns area. (b) En fjärde punkt P 4 = (3,,1) utgör tillsammans med P 1, P och P 3 hörnen i en tetraeder. Beräkna denna tetraeders volym.. Låt matrisen vara given. 1 0 1 A = 0 1 1 1 1 0 (a) Visa att A är inverterbar och beräkna dess invers. (b) Lös ekvationssystemen AX = B, AY = C och AZ = B +C, där 0 B =, och C = 4. 1 1 3. För vilka värden på konstanten a finns det en vektor u sådan att om v = (1,a, 1) och w = (1,,3)? u v = w, 4. Låt (e 1,e,e 3 ) vara en bas för rummets vektorer. (a) Visa att de tre vektorerna f 1,f,f 3, där f 1 = e 1 + e + e 3 f = e 1 + e + e 3 f 3 = e 1 + ae + e 3, också bildar en bas, oavsett värdet på konstanten a. (b) Antag att u = (9, 1,6) i basen (e 1,e,e 3 ). Finns det något värde på a som gör att u = (1,,3) i basen (f 1,f,f 3 )? 5. Lös ekvationssystemet { X + AY = A + E AX + Y = A där X och Y är obekanta -matriser, E är enhetsmatrisen (av typ ) och 0 1 A =. 0 Tips: Försök först lösa systemet som om det vore ett vanligt ekvationssystem med två ekvationer och två variabler X och Y.

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs 1 015 Lösningsförslag 1. (a) Sätt u = P 1 P = (1,1,) och v = P 1 P 3 = (1,,1). Triangeln med hörn i P 1, P och P 3 har en area som är lika med halva arean av den parallellogram som spänns upp av u och v. Denna area ges i sin tur av längden av vektorprodukten u v. Formeln för beräkning av vektorprodukt ger u v = ( 3,1,1), som är en vektor av längd ( 3) +1 +1 = 11. Den sökta triangelarean är alltså 11/. (b) Sätt w = P 1 P 4 = (,1,1). Vektorerna u, v och w spänner upp en parallellepiped, vars volym är sex gånger så stor som volymen av tetraedern med hörn i P 1, P, P 3 och P 4. Volymen av parallellipepeden fås (sånär som på tecknet) av volymfunktionen V(u,v,w), som är lika med determinanten av en matris, vars kolonner utgörs av koordinaterna för vektorerna u, v och w. Vi får 1 1 V(u,v,w) = 1 1 1 1 = 4 Parallellepipeden har alltså volymen 4, vilket innebär att vår tetraeder därmed har volymen 4/6 = /3. Svar: (a) 11/ (b) /3. (a) Att visa att A är inverterbar görs enklast genom att beräkna dess determinant och konstatera att denna inte är noll. Med hjälp av t.ex. Sarrus regel fås att deta = 0. Alltså är A inverterbar. Men det går också bra att visa att A är inverterbar genom att rätt coh slätt beräkna dess invers, vilket ju vi fått i uppdrag att göra i vilket fall som helst! Vi kan bestämma A 1 genom att lösa ett ekvationssystem med A som koefficientmatris och med ett allmänt högerled: x + x 3 = y x 1 + x = y 3 1 x + x 3 = y x x 3 = y 1 y 3 1 x + x 3 = y x 3 = y 1 y + y 3 x + x 3 = y + x 3 = y 1 y + y 3 x 1 = y 1 y + y 3 x = y 1 + y + y 3 x 3 = y 1 y + y 3. +

(I det tredje steget har de två första ekvationerna multiplicerats med, detta för att slippa bråktal i beräkningarna.) Från det sista ekvationssystemet kan vi (efter divsion av respektive ekvation med antingen eller ), från koefficientmatrisen i högerledet läsa av att A 1 = 1 1 1 1 1 1 1. 1 1 1 (b) Här skulle vi kunna skriva var och en av matrisekvationerna som linjära ekvatiossystem och lösa vart och ett av dessa för sig, med hjälp av Gausselimination. Det är givetvis inget fel att göra så, men med tanke på att vi i (a) redan har beräknat A 1 blir det litet som att uppfinna hjulet på nytt. Enklare är att unyttja att AX = B X = A 1 B = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 = 1 1 3 1 och AY = C Y = A 1 C = 1 1 1 1 1 1 1 4 = 1 1 3. 1 1 1 1 5 Därmed blir 1 AZ = B +C Z = A 1 (B +C) = A 1 B +A 1 C = X +Y = 1 1 3 + 1 1 1 3 = 3. 1 5 3 Svar: (a) A 1 = 1 1 1 1 1 1 1 (b) X = 1 1 3, Y = 1 1 3, 1 1 1 1 5 1 Z = 3 3 3. Sätt u = (x 1,x,x 3 ). Då får med hjälp av formeln för vektorprodukt, att u v = ( x ax 3,x 1 +x 3,ax 1 x ). Detta ska bli lika med vektorn w = (1,,3). Med andra ord vill vi att ekvationssystemet x ax 3 = 1 x 1 + x 3 = ax 1 x = 3 ska ha en lösning.

För att en entydig lösning ska finnas till ekvationssystemet, måste ekvationssystemets koefficientmatris 0 1 a A = 1 0 1 a 1 0 vara inverterbar, vilket är fallet om och endast om deta 0. Nu visar det sig emellertid att deta = 0, oavsett värdet på a. Ekvationssystemet ovan har därmed antingen oändligt många lösningar eller inga lösningar alls, och vi är intresserade av när det förstnämnda inträffar. Om ekvationen i mitten multipliceras med a och resultatet adderas till den tredje ekvationen, får vi systemet x ax 3 = 1 x 1 + x 3 = x ax 3 = 3 a. Vi noterar att den första och den tredje ekvationen har samma vänsterled. För att en lösning överhuvudtaget ska finnas måste därför motsvarande högerled vara lika, d.v.s. 1 = 3 a a = 1. För detta värde på a får vi det underbestämda systemet { x x 3 = 1 x 1 + x 3 = som har oändligt många lösningar. Vi konstaterar att det finns en vektor u (i själva verket oändligt många) som uppfyller u v = w, endast om a = 1. Svar: a = 1 4. När det gäller basbyten i allmänhet så gäller att om X är en kolonnmatris, varselementärkoordinaternaförenvektoruibasen(e 1,e,e 3 ),ochomy är motsvarande kolonnmatris för u:s koordinater i basen (f 1,f,f 3 ), så gäller X = TY, (1) där T är transformationsmatrisen, eller basbytesmatrisen. Denna har som sina kolonner koordinaterna för i tur och ordning f 1,f,f 3, d.v.s. i detta fall 1 1 T = 1 a, 1 1 1 och måste vara en inverterbar matris, för att (f 1,f,f 3 ) överhuvudtaget ska kunna vara en bas. Vi beräknar T:s determinant och finner vi att dett = 1 0, oavsett värdet på a4. Detta visar att (f 1,f,f 3 ) alltid kommer att utgöra en bas, oberoende av a:s värde.

För att vektorn u = (9, 1,6) ska kunna ha koordinaterna (1,,3) i basen (f 1,f,f 3 ), så måste ekvation (1) vara uppfylld för 9 1 X = 1 och Y =. 6 3 Vi får 1 1 1 9 9 TY = 1 1 1 = 5+3a, a 1 6 6 från vilket vi ser att vi måste ha 5+3a = 1, d.v.s. a =. Svar: a = 5. Vi löser först ekvationssystemet med Gausselimination. Genom att multiplicera båda leden i den första ekvationen från vänster med A och addera resultatet till den andra ekvationen, kommer X att elimineras från denna. Vi får det ekvivalenta systemet { X + AY = A+E (E A )Y = A. Matrisen E A är inverterbar; i själva verket är E A 1 0 0 1 0 1 = 0 1 0 0 1 0 0 = 0 1 0 1 0 = = E. 0 1 Ekvationen (E A )Y = A kan alltså förenklas till EY = A, vilket innebär att Y = A 0 = = E. 0 Eftersom X +AY = A+E, ger detta i sin tur att X = A+E AY = A+E A(E) = A+E A = E A 1 0 0 1 1 1 = =. 0 1 0 1 Svar: X = E A = 1 1, Y = A = 1 0 0