Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

Relevanta dokument
Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorgeometri och funktionslära

Vektorgeometri. En vektor v kan representeras genom pilar från en fotpunkt A till en spets B.

Linjen P Q tangerar cirkeln i P och enligt en sats i geometrin är OP vinkelrät. tan u = OP. tan(180 v) = RS. cos v = sin v = tan v, tan v = RS.

===================================================

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

1 Vektorer i koordinatsystem

October 9, Innehållsregister

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

Vektorer. Vektoriella storheter skiljer sig på ett fundamentalt sätt från skalära genom att de förutom storlek också har riktning.

Vektorgeometri för gymnasister

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

= ( 1) ( 1) = 4 0.

Vektorgeometri för gymnasister

Explorativ övning Vektorer

Vektorgeometri för gymnasister

kan vi uttrycka med a, b och c. Avsnitt 2, Vektorer SA + AB = SB AB = SB SA = b a, Vi ritar först en figur av hur pyramiden måste se ut.

Moment 4.11 Viktiga exempel 4.32, 4.33 Övningsuppgifter Ö4.18-Ö4.22, Ö4.30-Ö4.34. Planet Ett plan i rummet är bestämt då

Föreläsning 3, Linjär algebra IT VT Skalärprodukt

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

Vektorgeometri. En inledning Hasse Carlsson

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

Vektorgeometri för gymnasister

Föreläsningsanteckningar i linjär algebra

Där a = (1, 2,0), b = (1, 1,2) och c = (0,3, 1) Problem 10. Vilket är det enda värdet hos x för vilket det finns a och b så att

Räta linjer i 3D-rummet: Låt L vara den räta linjen genom som är parallell med

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

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

Linjer och plan Låt ABCD vara en fyrhörning i planet. Om A väljs till origo och

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

Vektorgeometri för gymnasister

Determinant Vi förekommer bokens avsnitt, som handlar om determinanter eftersom de kommer att användas i detta avsnitt. a 11 a 12 a 21 a 22

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

Veckoblad 4, Linjär algebra IT, VT2010

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

September 13, Vektorer En riktad sträcka P Q, där P Q, är en pil med foten i P och med spetsen i Q. Denna har. (i) en riktning, och

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Tentamen 1 i Matematik 1, HF okt 2018, Skrivtid: 14:00-18:00 Examinator: Armin Halilovic

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14,

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

2x+y z 5 = 0. e x e y e z = 4 e y +4 e z +8 e x + e z = (8,4,5) n 3 = n 1 n 2 =

Vektoralgebra. En inledning Hasse Carlsson

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

Vektorer för naturvetare. Kjell Elfström

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Studiehandledning till. MAA123 Grundläggande vektoralgebra

Proof. Se uppgifterna. Definition 1.6. Två vektorer u och v är vinkelräta (ortogonala) om < u, v >= 0.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri

SF1624 Algebra och geometri

VEKTORGEOMETRI. Christian Gottlieb

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

3i)z 2013(1 ) och ge i det komplexa talplanet en illustration av lösningsmängden.

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

Vektorgeometri för gymnasister

Skalärprodukt (lösningar)

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

1.1 Skriv följande vektorsummor som en vektor (a) AB + BC (b) BC + CD + DA.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

Analys o Linjär algebra. Lektion 7.. p.1/65

Lite Linjär Algebra 2017

Vektorgeometri för gymnasister

MATEMATIK GU. LLMA60 MATEMATIK FÖR LÄRARE, GYMNASIET Analys, ht Block 5, översikt

Moment 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, Viktiga exempel 4.1, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.13, 4.14 Övningsuppgifter 4.1 a-h, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.

1. Beräkna determinanten

Läsanvisningar och övningsuppgifter i MAA150, period vt Erik Darpö

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

3. Vilka taltripler (x, y, z) satisfierar ekvationssystemet 3x + 2y 3z = 3 2x + y + 4z = 7

Kapitel 4. cos(64 )= s s = 9 cos(64 )= 3.9m. cos(78 )= s s = 9 cos(78 )= 1.9m. a) tan(34 )= x x = 35 tan(34 )= 24cm

! &'! # %&'$# ! # '! &!! #

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

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

Beräkna determinanten för produkten MMM Skissa, och bestäm arean av, det i det komplexa talplanet belägna området

Datum: 24 okt Betygsgränser: För. finns på. Skriv endast på en. omslaget) Denna. Uppgift. Uppgift Beräkna. Uppgift Låt z. Var god. vänd.

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Moment 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, Viktiga exempel 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.13 Handräkning 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.7 Datorräkning 1-9 i detta dokument

Moment Viktiga exempel 4.17, 4.18, 4.19, 7.20, 4.22, 4.23 Handräkning 4.17, 4.18, 4.19, 4.21, 4.24, 4.54 Datorräkning.

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

Att beräkna:: Avstånd

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

Moment 4.3.1, Viktiga exempel 4.44, 4.46, 4.48 Handräkning 4.53, 4.59, 4.60, 4.61, 4.62, 4.63, 4.64, 4.65 Datorräkning 1-15 i detta dokument

VEKTORGEOMETRI. och ANDRAGRADSYTOR

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

Transkript:

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel. Vi utnyttjar definitionen av skalärprodukt som ger att u v u v, där α är (minsta) vinkeln mellan u v. I vårt fall så får vi 7 =. Alltså är den sökta vinkeln α = arccos = π/.. Vi har att cos 6 = / så enligt definitionen av skalärprodukt så har vi = v w v w = v w w = v w w. Man kan ansätta en godtycklig vektor se vad villkoren blir, men kanske ser man direkt att t ex både w = w = löser ekvationen..5 (a) De är ortogonala om endast om skalärprodukten är noll. Vi får u v = = 9 + x = x 6, x så de är ortogonala om endast x =. (b) Vi får en sökt vektor e genom att multiplicera v med inversen av dess längd, d v s e = v v =. (c) Den ortogonala projektionen u L ges av u L = u v v v = x 6 = x.

. En riktningsvektor för planet ges av riktningsvektorn för linjen v = ( ) t. En andra riktningsvektor v får man genom att ta vektorn från origo till en punkt på linjen, t ex (,, ). Det ger v = ( ) t. Vi får nu en normalvektor till planet n = v v =. Därmed är ekvationen för planet given av y z + d =, där d = eftersom planet går genom origo. Svaret är alltså y z =.. Vi bestämmer de två vektorerna u = P P = v = P P = som spänner upp planet. En normal till planet ges då av u v = =, vilket ger att planet har en ekvation på formen x y + d =. För att bestämma d sätter vi in t ex punkten P får + d = slutligen alltså att ekvationen är x y + =..5 (a) En riktningsvektor ges av v = =, 5 så är en ekvation för linjen. x = + t y = t z = + t (b) Det finns oändligt många plan som innehåller linjen om vi tar ett plan med ekvationen Ax + By + Cz + D = så ligger linjen på detta om endast om = A( + t) + B( t) + C( + t) + D = (A + B + C + D) + (A B + C)t

för alla t. Detta är ekvivalent med att { A + B + C + D = A B + C = Detta är ekvivalent med (vi subtraherar den första ekvationen från den andra) { A + B + C + D = 7B C D = vilket har lösningarna B = s, C = t, D = 7s t A = s t där s t är fria parametrar. Ett exempel får vi om vi sätter s = t = : x z + =..6 Låt Q = (,, ). Då är Q en punkt på linjen. Om QP L är ortogonala projektionen av QP på linjen så ges avståndet d från P till linjen av d = QP QP L. Vektorn n = är en riktningsvektor för linjen. Vi har att QP = QP L = n QP n = ( ) + = = = 5 7. Alltså är det sökta avståndet d = 5/7 = /7 = 7 5..7 Om Q är en godtycklig punkt i planet så gäller att avståndet från P till planet ges av längden av den ortogonala projektionen, QP n, av QP på normalen till planet. Vi väljer Q = (,, ). Då är QP = n =

är en normalvektor. Det sökta avståndet blir då n QP QP n = n + =..8 Vi ser att planens normaler respektive 8 är parallella därmed är planen parallella skär alltså inte varann. Avståndet mellan planen är samma överallt vi kan beräkna det genom att ta en punkt på det första planet, t ex P = (,, ) beräkna avståndet ifrån den till det andra planet. Låt Q vara punkten på det andra planet som ligger närmast P. Vi har att P Q är en normal till planet så Q = ( + t, + t, + t) för något t. Vi sätter in detta i planets ekvation (Q ligger ju på planet) får ekvationen = ( + t) + ( + t) + ( + t) + = 7 + t, vilket har lösningen t = 7/. Det ger att avståndet är P Q = t = 7 7 + + 6 =..9 Normalen till planet genom (,, ) har ekvationen x = + t y = + t z = + t. Sätter vi in denna i planets ekvation löser ut t så får vi den punkt som är den ortogonala projektionen av (,, ) på planet. Vi får = + t + ( + t) + ( + t) + = + t, så t = / = 5/7. Den sökta punkten är alltså x = 5/7 = /7 y = 5/7 = /7 z = 5/7 8/7.

. Låt ABCD vara den givna parallellogrammen låt M vara mittpunkten på diagonalen från A till C M mittpunkten på diagonalen från B till D. Vi ska visa att M = M. Det är ekvivalent att visa att AM = AM. Villkoren att de är mittpunkter att AB = CD ger AM = AB + BD därmed är saken klar. AM = AC = AB + ( BC + CD) = AB + ( BC AB) = ( AB + BC) = AC = AM. Låt parallellogrammen vara ABCD. Låt P QRS vara mittpunkterna i kvadraterna på sidorna AB, BC, CD respektive DA. Vi ska visa att P QRS är en kvadrat. Sätt AB = u AD = v. Låt u vara vektorn från mittpunkten av AB till P. Då gäller att u = u u u =. På motsvarande sätt låt v vara vektorn från S till mittpunkten på AD. Då är v = v v v =. Dessutom gäller att (u, u ) (v, v ) har samma orientering så u v = u v u v = u v. Den sista likheten följer av att om vinkeln mellan u v är α så är den mellan u v π α cos(π α). Om vi adderar vektorer utnyttjar att ABCD är en parallellogram så får vi P Q = SR = u + u + v + v, QR = P S = v + v u u. Vi ska visa att P Q = QR P Q QR =. Direkt beräkning samt utnyttjande av sambanden mellan u, u, v v ger P Q QR = P Q P Q QR QR = u v + u v = P Q QR = u v u v + u u v + v =. Detta var precis vad vi skulle visa därmed är saken klar. 5

.5 Låt a b vara de två sökta vektorerna. Diagonalerna i den parallellogram som spänns av dessa är a + b samt a b. Villkoret är alltså att (t ex) a + b = a b =. Vi kan nu välja (godtyckligt) två vektorer som har längd respektive som inte är ortogonal. Ett möjligt val är a + b = a b =. Löser vi ut a b (genom att addera subtrahera ekvationerna) så får vi a = b =..7 (a) Vi har att a + b = (a + b) (a + b) = a + a b + b a b = (a b) (a b) = a a b + b. Dessa är lika om endast om a b =, d v s om endast om a b är ortogonala. (b) Vektorerna a + b a b är diagonalerna i den parallellogram som spänns upp av a b. Alltså är diagonalerna lika långa om endast om sidorna är ortogonala, d v s om endast om parallellogrammen är en rektangel..8 Låt x = u + v y = u v. Förutsättningarna i uppgiften ger att u = v u v = cos π u v = v = v. Den sökta vinkeln α uppfyller att x y x y. Genom att utnyttja förutsättningarna så får vi att x y = (u + v) (u v) = u v = v x y = (u + v) (u + v)(u v) (u v) = ( u + v + u v)( u + v u v) = 7 v v. 6

Det ger att v 7 v = 7 α = arccos 7..9 (a) Vi vet att x = y att x y = cos α x y = x. Vi ska beräkna β där cos β = u v u v. Vi beräknar täljaren (kvadraten av) nämnaren var för sig: u v = (ax + by) (cx + dy) = ac x + bd y + (ad + bc)x y = (ac + bd + (ad + bc)) x u v = ((ax + by) (ax + by)) ((cx + dy) (cx + dy)) ( ) = a x + b y + abx y ( ) c x + d y + cdx y = (a + ab + b )(c + cd + d ) x. Beräknar vi kvoten så får vi att termerna som innehåller längden av x tar ut varandra vi får: β = arccos ac + bd + (ad + bc). (a + ab + b )(c + cd + d ) (b) Vi ska se till att täljaren i argumentet till arccos blir, d v s = ac + bd + (ad + bc). En lösning (bland oändligt många) är a = b = c = d =. 7

. Motstående hörnen i en kub med sidan a sidorna längs axlarna i koordinatsystemet har koordinaterna: (,, ) (a, a, a) (,, a) (a, a, ) (, a, a) (a,, ) (, a, ) (a,, a). Rymddiagonalerna är alltså vektorerna a a a a, a, a a a a a a. a Längden av var en av dessa är a skalärprodukten mellan dem är antingen a eller a. Det betyder att vinkeln β mellan ett par av dessa vektorer uppfyller cos β = ±a a a = ±. Om cos β < så är vinkeln mellan vektorerna trubbig cosinus av den spetsiga vinkeln mellan diagonalerna är då negationen av det värdet. Alltså är cosinus för vinkeln mellan diagonalerna alltid /.. Om någon av vektorerna är nollvektorn så är de olika produkterna trivialt nollvektorn i båda fallen. Antag nu att de inte är nollvektorn. (a) Enligt definitionen är x x = för alla vektorer x därmed är (u v) (u v) = för alla vektorer u v. (b) Om u v är parallella så är u v = då är förstås även ((u v) u) v =. Om de inte är parallella så är u v normal till planet som spänns upp av u v. Då gäller att x = (u v) u ligger i detta plan är ortogonal mot u. Vi har att x v = om endast om x v är parallella. Eftersom x, u v alla ligger i ett plan x u är ortogonala så är detta ekvivalent med att u v är ortogonala. Alltså är ((u v) u) v = x v = om endast om u v är parallella eller ortogonala.. Det räcker att visa att det är sant i rummet. Om man är i planet kan man helt enkelt betrakta detta som t ex xy-planet i rummet (med tredje koordinaten lika med noll). 8

Låt x y vara sidorna i parallellogrammen som har u v som diagonalvektorer. Då gäller (lite olika beroende på hur man ordnar riktar diagonalerna) att x + y = u y x = v vilket ger att y = (u + v) x = (u v). Arean av en parallellogram som spänns upp av två vektorer är lika med längden av deras vektorprodukt. Alltså är arean av P lika med u v arean av P lika med x y. Räkneregler för vektorprodukt ger x y = (u v) (u + v) = (u u + u v v u v v) = ( + u v + u v ) = (u v). Därmed är arean av P lika med (u v) alltså hälften av arean av P..5 Vi utnyttjar definitionen av skalärprodukt som säger att vinkeln α mellan två vektorer x y satisfierar x y x y. Vinklarna mellan paren av de tre vektorerna uppfyller därmed cos γ = cos γ = cos γ = v v v v = 6 = v v v v = 5 7 v v v v = 7 =. 7 Eftersom vinkeln blir större då cosinus för den minskar (i intervallet [, π] som är det som är intressant) ( ) = 7 < 6 ( 7 = ), 7 så följer det att γ är störst. Svaret är alltså vinkeln mellan v v..6 En godtycklig vektor i detta plan är en linjärkombination au + bv. Villkoret att den är ortogonal mot v är ekvivalent med = v (au + bv) = av u + bv v = a + 9b. Ett möjligt val är a = 9 b =. Detta ger vektorn. 9