SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Relevanta dokument
SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

Vektorgeometri för gymnasister

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

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

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorgeometri för gymnasister

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorgeometri för gymnasister

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

= ( 1) ( 1) = 4 0.

Vektorgeometri för gymnasister

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

Vektorgeometri för gymnasister

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

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

Mer om analytisk geometri

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

6.4. Linjära ekvationssytem och matriser

Vektorgeometri för gymnasister

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

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

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

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

MYSTERIER SOM ÅTERSTÅR

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter

1 Grundläggande kalkyler med vektorer och matriser

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

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?

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

Subtraktion. Räkneregler

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

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.

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

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

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

15 september, Föreläsning 5. Tillämpad linjär algebra

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

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

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

SF1624 Algebra och geometri

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

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

Dagens ämnen. Linjära ekvationssystem: Successiv elimination Vektorer Definitionen Grundläggande räkneoperationer Bas och koordinater Ortsvektorer

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

TMV206: Linjär algebra

EXEMPEL OCH LÖSNINGAR I LINJÄR ALGEBRA PER ALEXANDERSSON

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

Vektorgeometri för gymnasister

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

14 september, Föreläsning 5. Tillämpad linjär algebra

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Dagens program. Linjära ekvationssystem och matriser

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

Dagens program. Linjära ekvationssystem och matriser

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

Linjär algebra på 2 45 minuter

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

8 Minsta kvadratmetoden

Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

Lite Linjär Algebra 2017

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

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

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

Linjär Algebra F14 Determinanter

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Linjär algebra och geometri I

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

Föreläsning 3, Linjär algebra IT VT Skalärprodukt

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

Lösningar till några övningar inför lappskrivning nummer 3 på kursen Linjär algebra för D, vt 15.

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

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

Facit/lösningsförslag

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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 =

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

denna del en poäng. 1. (Dugga 1.1) (a) Beräkna u (v 2u) om v = u och u har längd 3. Motivera ert svar.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Avsnitt 4, Matriser ( =

Transkript:

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs 207 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.. För vilka värden på konstanten c har ekvationssystemet nedan exakt en lösning, oändligt många lösningar, respektive ingen lösning alls? cx + y = x + 2y + cz = 3 x + 2y + 3z = 8 2. Låt f = e 2 + 2e 3, f 2 = e + 2e 2 och f 3 = 4e 3e 2 + e 3 vara tre vektorer i rummet, uttryckta i given bas (e,e 2,e 3 ). (a) Visa att (f,f 2,f 3 ) också är en bas. (b) Vilka koordinater har vektorn u = 7e 8e 2 +0e 3 i basen (f,f 2,f 3 )? 3. Låtu = (,,),v = (,a, )ochw = (,,a)varatrevektorerirummet. (a) Visa att systemet (u,v,w) är positivit orienterat, för alla värden på det reella talet a. (b) För vilka värden på a spänner u, v och w upp en tetraeder med volymen 2? 4. Låt A = (0,,), B = (,0,), C = (,,0) och D = (2,,a) vara fyra punkter i rummet. För vilka värden på konstanten a har trianglarna ABD och BCD samma area? Vilka är triangelareorna i dessa fall? 5. Om u = (x,x 2,x 3 ) är en vektor av längd i rummet, och X = x x 2 x 3 är motsvarande kolonnmatris, så kallas matrisen H u = E 2XX T för Householder-matrisen till u (efter den amerikanske matematikern Alston Scott Householder (904-993)). (a) Bestäm Householder-matrisen till u = (2/3, /3, 2/3) (som ju är en vektor av längd ). (b) Visa att Householder-matrisen du beräknade i (a) är inverterbar och beräkna dess invers.

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs 207 Lösningsförslag. Vi ser direkt att om c = 3 så kommer lösningar att saknas till systemet eftersom vi då har två ekvationer med identiska vänsterled men olika högerled. Men då c även spökar i den första ekvationen, kan det finnas fler kritiska värden på c. För att ta reda på dessa, undersöker vi när determinanten för koefficientmatrisen är noll. Vi har c 0 2 c 2 3 = 0 2c2 +7c 3 = 0 c 2 7 2 c+ 3 2 = 0 (7 c = 7 ) 2 4 ± 3 4 2 = 7 49 4 ± 6 24 6 = 7 4 ± 5 4. Det finns alltså, förutom c = 7/4+5/4 = 3, ytterligare ett värde på c som gör att determinanten blir noll, nämligen c = 7/4 5/4 = /2. Om vi sätter in c = /2 i ekvationssystemet, får vi 2 x + y = x + 2y = 2 x + 2y + 2 z = 3 2x + 4y + z = 6 x + 2y + 3z = 8 x + 2y + 3z = 8 2 x + 2y = 2 z = 2 3z = 6. Detta ekvationssystem säger att vi måste ha z = 2. Vad x och y beträffar kommer det finnas oändligt många lösningar för dessa två variabler; sätter vi y = t blir x = 2 2y = 2 2t. Således har vi oändligt många lösningar om c = /2. För övriga värden på c har ekvationssystemet entydig lösning (och hur denna lösning i själva verket ser ut, beror på värdet av konstanten c). Svar: Oändligt många lösningar om c = /2, medan lösningar saknas om c = 3. För alla övriga c är lösningen entydig. 2. (a) Bilda den matris T, som har f, f 2 och f 3 som kolonnvektorer, d.v.s. 0 4 T = 2 3. 2 0 Vektorerna f,f 2,f 3 kommer att bilda en bas, om och endast om de är linjärt oberoende, eller ekvivalent, om och endast om volymen av den parallellepiped som spänns upp av dessa tre vektorer är nollskild. Då denna volym ges (så när som på tecknet) av determinanten för ovanstående matris, ger detta att (f,f 2,f 3 ) är en bas, om och endast om dett 0.

Om vi använder Sarrus regel för att beräkna denna determinant, får vi efter litet räkningar att dett = 0. Betta bevisar att (f,f 2,f 3 ) är en bas. (b) Om X är den kolonnmatris som sina element har koordinaterna för u i basen (e,e 2,e 3 ) och Y motsvarande kolonnmatris för u:s koordinater i basen (f,f 2,f 3 ), så gäller sambandet X = TY, () där T är basbytets så kallade transformationsmatris, som vi redan har plockat fram i (a) ovan. Eftersom u = 7e 8e 2 +0e 3 vet vi att 7 X = 8. 0 Det är kolonnmatrisen Y vi önskar räkna ut, och genom att sätta Y = så får vi från () att y,y 2,y 3 uppfyller det linjära ekvationssystemet y 2 + 4y 3 = 7 y + 2y 2 3y 3 = 8 2y + y 3 = 0 med T som koefficientmatris och X som högerled. Gausselimination ger y 2 + 4y 3 = 7 y 2 + 4y 3 = 7 y + 2y 2 3y 3 = 8 y + 2y 2 3y 3 = 8 2y + y 3 = 0 2 4y 2 5y 3 = 6 4 y 2 + 4y 3 = 7 y + 2y 2 3y 3 = 8 y 3 = 22, där det nu från den sista ekvationen framgår att y 3 = 2. Detta värde på y 3 insatt i den första ekvationen ger y y 2 y 3, y 2 +8 = 7 y 2 =. Slutligen ger y 2 = och y 3 = 2 i den mittersta ekvationen att y +2 6 = 8 y = 4. Slutsatsen blir att u = 4f +f 2 +2f 3 eller, om man så vill, u = (4,,2) i basen (f,f 2,f 3 ). Svar: (b) u = (4,,2) 3. (a) Tre vektorer u, v och w, uppräknade i denna ordning, bildar ett positivit orienterat system, då och endast då volymfunktionen V(u, v, w)

är positiv. Volymfunktionen beräknas som determinanten av den matris, vars kolonner utgörs (i tur och ordning, från vänster till höger) av koordinaterna för u, v respektive w. I detta fall har vi alltså V(u,v,w) = a a = a2 ++ ( ) ( a) a = a 2 +3 med hjälp av Sarrus regel. Eftersom a är reellt gäller a 2 + 3 3 > 0, oavsett värdet på a, vilket visar att (u,v,w) alltid är positivt orienterat. (b) Volymfunktionen V(u, v, w) returnerar (bortsett från tecknet) volymen av den parallellepiped som spänns upp av vektorerna u, v och w. Volymen av motsvarande tetraeder är lika med en sjättedel av denna parallellepipeds volym. För just vektorerna i denna uppgift vet vi från deluppgift (a) att volymfunktionen alltid är positiv, så vad vi har att göra är alltså att bestämma de värden på a, för vilka Vi får 6 V(u,v,w) = 2 a2 +3 = 2. 6 a 2 +3 = 2 a 2 = 9 a = 3 eller a = 3. Volymen av tetraedern blir alltså 2 om antingen a = 3 eller a = 3. Svar: (b) a = 3 eller a = 3 4. Arean av ABD är lika med halva arean av den parallellogram som spänns upp av vektorerna AB = (,,0) och AD = (2, 2,a ). Denna area fås i sin tur av längden av vektorprodukten av dessa två vektorer. Eftersom AB AD = (,,0) (2, 2,a ) = ( a, a,0) har alltså ABD arean AB AD = 2( a)2. 2 2 På samma sätt har BCD arean BC BD = 2 2 (0,, ) (,,a ) = 2 (a 2,, ) = 2 (a 2)2 +2. Dessa två areor ska alltså vara lika, och för detta krävs det att uttrycken under de båda rottecknen är lika, d.v.s. 2( a) 2 = (a 2) 2 +2 2 4a+2a 2 = a 2 4a+6 a 2 = 4 a = ±2. Således är triangelareorna lika om a = 2, och då ges triangelareorna av 2( ( 2))2 = 2 3 8 = 2, 2

eller om a = 2, i vilket fall trianglarnas areor blir 2( 2)2 = 2 2 = 2. 2 Svar: a = 2 (area 3/ 2) eller a = 2 (area / 2) 5. (a) Direkt uträkning ger 0 0 2/3 H u = 0 0 2 /3 ( 2/3 /3 2/3 ) 0 0 2/3 0 0 4/9 2/9 4/9 = 0 0 2 2/9 /9 2/9 0 0 4/9 2/9 4/9 /9 4/9 8/9 = 4/9 7/9 4/9 = 4 8 4 7 4. 9 8/9 4/9 /9 8 4 (b) VikanbevisaattH u ärinverterbarheltenkeltgenomattförsökaberäkna matrisens invers. Lyckas detta så är den inverterbar, annars inte. För att bestämma H u löser vi ett ekvationssystem H u Z = Y med H u som koefficientmatris och med ett allmänt högerled Y: 9 z 4 9 z 2 8 9 z 3 = y 4 9 z + 7 9 z 2 4 9 z 3 = y 2 8 9 z 4 9 z 2 + 4 9 z 3 = y 3 8 9 z 4 9 z 2 8 9 z 3 = y z 2 4z 3 = 4y + y 2 4z 2 7z 3 = 8y + y 3 4 9 z 4 9 z 2 8 9 z 3 = y mult. med 9 z 2 4z 3 = 4y + y 2 mult. med 9z 3 = 8y 4y 2 + y 3 div. med 9 z 4z 2 8z 3 = 9y 8 z 2 + 4z 3 = 4y y 2 4 z 3 = 8 9 y 4 9 y 2 + 9 y 3 z 4z 2 = 7 9 y 32 9 y 2 + 8 9 y 4 3 z 2 = 4 9 y + 7 9 y 2 4 9 y 3 z 3 = 8 9 y 4 9 y 2 + 9 y 3 z = 9 y 4 9 y 2 8 9 y 3 z 2 = 4 9 y + 7 9 y 2 4 9 y 3 z 3 = 8 9 y 4 9 y 2 + 9 y 3, Orsaken till att vi inte skriver H ux = Y som vi brukar göra, är att X redan är upptaget som beteckning för den kolonnmatris som svarar mot u.

i vilket den sökta matrisinversen kan läsas av i form av koefficentmatrisen till högerledet. Detta bevisar att H u och att dess invers ges av H u = 4 8 9 4 7 4. 8 4 Anmärkning: Lägg märke till att H u = H u. Detta är ingen tillfällighet; man bevisa att varje Householder-matris lika med sin egen invers. Svar: (a) H u = 4 8 4 7 4 (b) H u = H u 9 8 4