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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

A = x

Uppgifter, 2015 Tillämpad linjär algebra

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdagen 29 oktober, 2014

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

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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.

Lösningar till MVE021 Linjär algebra för I

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

Uppgifter, 2014 Tillämpad linjär algebra

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

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

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

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

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

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdag, 13 januari 2016

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

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

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

Crash Course Algebra och geometri. Ambjörn Karlsson c januari 2016

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

LYCKA TILL! kl 8 13

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

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

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

Preliminärt lösningsförslag

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

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

TMV166 Linjär Algebra för M. Tentamen

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

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

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

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

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

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

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

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

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

x + y + z + 2w = 0 (a) Finn alla lösningar till ekvationssystemet y + z+ 2w = 0 (2p)

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

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

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

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

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

Vektorgeometri för gymnasister

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

Preliminärt lösningsförslag

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Linjär algebra på några minuter

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag med bedömningskriterier till kontrollskrivning 2 Fredagen den 28 januari, 2011

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.

Inför tentamen i Linjär algebra TNA002.

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

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

KTH, Matematik. Del I. (totalt 15 poäng, inklusive bonuspoäng). (1) Betrakta följande mängder i R 3 :

y z 3 = 0 z i )

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

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

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

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

SF1624 Algebra och geometri

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

Del 1: Godkäntdelen. TMV141 Linjär algebra E

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

Linjär algebra på 2 45 minuter

x 1 x 2 T (X) = T ( x 3 x 4 x 5

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

Veckoblad 4, Linjär algebra IT, VT2010

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

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

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 3

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

M = c c M = 1 3 1

För ingenjörs- och distansstudenter Linjär Algebra ma014a ATM-Matematik Mikael Forsberg

Egenvärden och egenvektorer. Linjär Algebra F15. Pelle

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

Transkript:

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 DEL A Planet H ges av ekvationen 3x y + 5z + a) Bestäm en linje N som är vinkelrät mot H ( p) b) Bestäm en linje L som inte skär planet H ( p) Lösningsförslag a) Vi vet att vektorn n 3 är vinkelrät mot planet H Därmed vill 5 varje linje på formen {P + t n tal t} vara vinkelrät mot H, för varje vald punkt P Tex kan vi välja P som origo, och vi har att linjen 3t t (parameter t) är vinkelrät mot H 5t b) Vi väljer två punkt Q och R i planet, och bildar vektorn v R Q Då vill varje linje på formen {P + t v tal t} vara parallell med planet H Om vi sedan väljer punkten P att inte ligga i planet, har vi en linje som inte skär H Vi väljer punkterna Q och R, vilket ger v Och vi väljer P Detta ger oss linjen { t t tal t} t Svar

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 Låt e, e, e 3 vara standardbasen för R 3 Betrakta den linjära avbildningen F : R 3 R som är definierad genom F ( e ), F ( e ) och F ( e 3 ) (a) Bestäm F ( v) där v 3 ( p) (b) Bestäm dimensionen av nollrummet Ker(F ), och bildrummet Im(F ) ( p) (c) Bestäm en bas för nollrummet Ker(F ) ( p) Lösningsförslag (a) Standardmatrisen för F är F ( v), så 3 (a) Standardmatrisen Gauss-reduceras till 3 A Man konstaterar att rangen av standardmatrisen är, vilket betyder att dim Im(F ) Enligt dimensionssatsen är dim R 3 dim Im(F ) + dim Ker(F ) och alltså är dim Ker(F ) (b) Eftersom dim Ker(F ) utgör varje enskild vektor v som uppfyller F ( v) en bas Från (a) följer att { 3 } är en bas

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 3 3 (a) Vad menas med begreppet egenvektor? ( p) (b) Avgör vilka vektorerna x, y, z och w 5 5 som är egenvektorer till matrisen A ( p) 5 (c) Bestäm egenvärden och tillhörande egenrum till matrisen A ( p) Lösningsförslag (a) Att x är en egenvektor till matrisen A betyder att x är nollskild och parallell med A x, dvs att det finns en skalär λ så att A x λ x (b) För att se vilka av vektorerna som är egenvektorer multiplicerar vi dem med matrisen och ser om resultatet är parallellt med vektorn Vi får 5 + 5 5 6 A x som inte är parallell med x, 5 5 + 5 5 6 5 + 5 ( ) A y som är parallell med y, A z 5 5 5 och 5 A w 5 + 5 ( ) + 5 6 + 5 6 + 5 ( ) + 5 ( ) 4 4 som är parallell med z som är inte parallell med y Alltså ser vi att y och z är egenvektorer, medan x och w inte är det (c) Från beräkningen i del (b) ser vi att y är en egenvektor med egenvärde och z är en egenvektor med egenvärde 6 Eftersom det högt kan finnas två olika egenvärden måste dessa vara samtliga och motsvarande egenrum ges av multiplerna av vektorerna y och z Svar (b) y och z är egenvektorer till A (a) Egenvärdena är med egenrum Span{ y} och 6 med egenrum Span{ z}

4 SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 DEL B 4 I R 4 har vi, för varje tal a, följande tre vektorer v, v a 3 och v 3 Vi låter V Span( v, v, v 3 ) vara deras linjära hölje (a) Bestäm för vilka värden a vektorrummet V har dimension tre ( p) (b) Låt a, och bestäm en bas till det ortogonala komplementet V ( p) Lösningsförslag a) Vektorrummet V har dimension tre om (och endast om) vektorerna v, v och v 3 är linjärt oberoende Detta är ekvivalent med att matrisen 4 a 3 3 A 4 a 3 3 har rang tre Matrisens rang bestämmer vi med hjälp av elementära radoperationer 4 4 4 a 4 6 3 3 a 4 6 3 6 3a 5 5 5 5 Matrisen A har rang 3 om (och endast om) 6 3a dvs om a Därmed har V dimension 3 om a x b) Det ortogonala komplementet V består av alla vektorer u y z som är ortogonala mot w basvektorerna v, v 3 och v 3 Detta betyder att v u, v u och v 3 u Skriver vi ut detta erhåller vi det homogena ekvationssystemet x + y w x + y + z + 3w 4x + y + 3z + w 4 3 4 3

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 5 Vi gör elementära radoperationer på totalmatrisen till systemet 3 3 5 3 5 4 3 6 3 5 5 5 Vi betecknar w t och får z 5t, y och x t Alltså har vi att V {t 5 tal t} Härav följer att vektorn 5 är en bas till V Svar

6 SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 5 (a) Definiera vad som menas med koordinatvektorn för en vektor med avseende på en bas ( p) (b) Betrakta följande vektorer i R : v och w Bestäm en bas B för R sådan att koordinatvektorn för v är w och koordinatvektorn för w är v (3 p) Lösningsförslag a) Låt β { e,, e n } vara en bas för vektorrummet V, och låt x vara en vektor Då kan x uttryckas som n x a i e i, för några skalärer a,, a n Den ordnade sekvensen av skalärer x i β a a a n kallas koordinatvektorn till x med avseende på basen β b) Låt { e, f} vara den sökta basen för R Kraven är att v e f och att w + f Dessa två krav kan vi skriva som v w e f Inverterar vi -matrisen, får vi sambandet att v e 3 w f Med andra ord har vi att e 3 v + 3 w + 3 3 och f 3 v + 3 w + 3 3 Svar

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 7 a c 6 Låt v och n vara två nollskilda vektorer i R b d, där ac + bd Låt L vara det linjära höljet till v (a) Varför är β { v, n} en bas för R? ( p) (b) Låt T : R R vara speglingen om linjen L Bestäm matrisrepresentationen B till T med avseende på basen β ( p) (c) Låt P vara basbytesmatrisen från standardbasen till β Bestäm P BP ( p) Lösningsförslag a) Två vektorer i ett tvådimensionellt vektorrum bildar en bas om och endast om de är linjärt oberoende Noll-skilda vektorerna v och n är ortogonala eftersom skalärprodukten v n ac + bd Detta medför att v och n är två linjärt oberoende vektorer och därmed bildar de en bas i R b) Vid speglingen i linjen L Span( v) avbildas v på v och n på n Från T ( v) v v + n och T ( n) n v n får vi att avbildningens matris i basen β { v, n} är B a c c) Matrisen Q är övergångsmatrisen från β till standardbasen Därmed är b d P Q d c övergångsmatrisen från standardbasen till β Härav ad bc ad bc b a a c P BP b d a c d c b d b a d c ad bc b a ad + bc ac bd bc ad ad bc Anmärkning: Om b och vi substituerar d ac/b, kan vi förenkla svaret till P a BP b ab a + b ab b a c ) Alternativt: Eftersom P BP är avbildningens matris i standardbasen kan vi beräkna x matrisprodukten genom att avbilda en godtyckligt vektor Låt u vara en vektor y i R Vi har att u proj L ( u) + ( u proj L ( u)) Detta ger att T ( u) proj L ( u) u Vi har att linjen L spänns upp av vektorn a v, och vi erhåller att b u v + by T ( u) v u ax v v a + b a b x y

8 SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 a x+aby a +b x a b ab abx+b y a +b a +b x y ab b a y a +b a +b a +b Alltså är a b ab a +b a +b ab b a a +b a +b P BP avbildningens matris i standard basen och därmed är a b ab a +b a +b ab b a a +b a +b

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 9 DEL C 7 Talföljden {f, f, f, f 3,, } satisfierar följande rekursiva formel f n+ f n+ + 8f n, för alla n De två första termerna i talföljden är kända, f a och f b Uttryck fn+ f n+ som en sluten formel i a och b (Tips: Beteckna F (n + ) och skriv f n ekvationen (*) på matrisform) (4 p) Lösningsförslag Vi har att F (n + ) AF (n), där 8 A Det följer då att F (n+) A n F () Om vi betraktar matrisen A som en linjär avbildning på R, så har vi att A P DP där P är övergångsmatrisen från en bas av egenvektorer till standardbasen, och där D är en diagonalmatris med egenvärden på diagonalen Specielt vill vi använda detta för att beräkna A n Det karakteristiska polynomet till A är c(λ) (λ )λ 8 Nollställerna är ( ) c(λ) λ λ + 9 (λ ) 9 Det vill säga, λ och λ 4 Vi bestämmer sedan de tillhörande egenrummen För λ ges egenrummet av ekvationen x + y En bas är e Egenrummet tillhörande egenvärdet λ 4 ges av ekvationen x 4y En bas är f 4 Detta ger övergångsmatriserna P 4 och P 6 4 Vi har att ( ) A n P D n n P P 4 n P n 4 ( ) n 4 6 n n ( )n 4 n 4 3 ( ) n+ n n 3 ( )n + 4 n ( ) n+ 8 + 8 n ( ) n+ + n ( ) n 4 + n+

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 Vi har att F (n + ) A n F (), vilket ger att ( f n+ n (( )n + 4 n) b + ( ( ) n+ 8 + 8 n) a) 3 n 3 (( )n + n+ )b + n+ 3 (( )n+ + n )a Svar

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 8 Betrakta följande två figurer (Vid varje punkt anges dess koordinater i ett vanligt cartesiskt koordinatsystem) (/,3/) (3,3) (5,3) (3/,9/) (3/,9/) (,) (,) (3,) (4,) ( 3,) (a) Bestäm en linjär avbildning T : R R som transformerar den vänstra figuren till den högra Du ska ange matrisen för T ( p) (b) Bestäm arean för det inneslutna området i den högra figuren ( p) Lösningsförslag (a) Det gäller först att lista ut vilka punkter i den vänstra figuren som ska avbildas på vilka punkter i den högra figuren Låt oss ge namn åt tre (ortsvektorer till) punkter i den vänstra figuren: p :, q : och r : 3 Eftersom q r och T är linjär så måste T ( q) T ( r) Dom enda punkter i den 3 3 högra figuren som uppfyller denna relation är (4, ) och (6, 3) så vi måste ha T ( q) 4 och T ( r) 63 I den vänstra figuren är p granne till q, så vi vill att T ( p) ska vara granne till T ( q) och då måste T ( p) 3 Ekvationerna T ( ) 4 och T ( ) 3 ger tillsammans att matrisen för T måste vara A 4 3 En kontroll visar att A avbildar även dom andra punkterna korrekt: 3 3/ 5 / 4 3/ A, A, A 3 9/ 3 3/ 9/ (b) Om vi ritar in några hjälplinjer i den vänstra figuren blir det lätt att beräkna arean av dess inneslutna område (3,3) (5,3) (4,) (6,3) (,) (4,) (,) (3,)

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 Dom skuggade trianglarna har arean 3/ och, och den resterande arean är 5 + 3 Alltså blir den totala arean av det vänstra området 3 + + 5 + 3 9 Determinanten av A är (/) (4 ( 3) ) 5/ så det högra området har arean 9 5 45/

SF64 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen 533 3 9 Om A, B, C och D är kvadratiska matriser av samma storlek kan vi bilda en större kvadratisk matris som blockmatrisen A B M C D Antag att A är inverterbar och att matriserna A och C kommuterar med varandra, dvs att AC CA Visa att (4 p) det(m) det(ad CB) (Du kan använda fritt att om B eller C är noll-matrisen, då gäller att det(m) det(ad)) Lösningsförslag Då matrisen A existerar kan vi konstruera matrisen I A, C I där I är identitetsmatrisen, och är noll-matrisen Båda av samma storlek som matriserna A, B, C och D Den konstruerade matrisen har uppenbarligen determinant Detta betyder att matrisen, som ges av produkten, I A C I A B C D har den sökta determinanten det(m) När vi beräknar produkten ovan erhåller vi matrisen A B A CA + C A CB + D Vi använder nu att CA AC Blocket längst ned till vänster blir då A CA + C A AC + C C + C Vi använder sedan att vi känner till determinanten för blockmatriser där ena blocket är noll, dvs att A B det( A ) det(a) det( A CB + D CB + D) Detta betyder att den sökta determinanten är det(m) det(a) det( A CB + D) Vi vet från kursen att determinanten bevarar produkt, så det(a) det( A CB + D) det(a( A CB + D)) det( CB + AD) Och då CB + AD AD CB har vi visat påståendet