= ( 1) ( 1) = 4 0.

Relevanta dokument
Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

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

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

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

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

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

Facit/lösningsförslag

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

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?

Preliminärt lösningsförslag

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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

2. Lös ekvationen z i = 2 z + 1 och ge i det komplexa talplanet en illustration av lösningsmängden.

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

2+t = 4+s t = 2+s 2 t = s

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

{ (1 + i)z iw = 2, iz + (2 + i)w = 5 + 2i, där i är den imaginära enheten. Ange rötterna z och w på rektangulär form.

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

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

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

Kontrollskrivning i Linjär algebra ,

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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

LYCKA TILL! kl 8 13

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

Veckoblad 4, Linjär algebra IT, VT2010

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

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

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Studiehandledning till. MAA123 Grundläggande vektoralgebra

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.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

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 =

Övningstenta 8. ax+2y+z = 2a 2x (a+2)y = 4 2(a+1)x 13y 2z = 16. Problem 3. Lös matrisekvationen AX BX = C. då A = 0 1

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

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

Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

1. Beräkna determinanten

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

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

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

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

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

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdag, 13 januari 2016

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

3. Lös ekvationen 3 + z = 3 2iz och ge i det komplexa talplanet en illustration av lösningsmängden.

Preliminärt lösningsförslag

Betygsgränser: För betyg. Vem som har. Hjälpmedel: av papperet. Uppgift. 1. (4p) 0. (2p) 3 (2p) Uppgift. 2. (4p) B-2C om. vektor A (1p) b) Bestäm k så

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri

Vektorgeometri för gymnasister

8 Minsta kvadratmetoden

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

Lösningsforslag till tentamen i SF1624 den 22/ e x e y e z = 5e x 10e z = 5(1, 0, 2). 1 1 a a + 2 2a 4

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

Linjär algebra på några minuter

October 9, Innehållsregister

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

För studenter på distans och campus Linjär algebra ma014a ATM-Matematik Mikael Forsberg

Vektorgeometri för gymnasister

Tentamen i Matematik 1 HF1901 (6H2901) 4 juni 2008 Tid:

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

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.

Bestäm den matris B som löser ekvationen = 1 2

(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.

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

EXEMPEL OCH LÖSNINGAR I LINJÄR ALGEBRA PER ALEXANDERSSON

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

Uppgift 1. (4p) (Student som är godkänd på KS1 hoppar över uppgift 1.) Vi betraktar triangeln ABC där A=(1,0,3), B=(2,1,4 ), C=(3, 2,4).

Explorativ övning Vektorer

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

Vektorer. Kapitel 1. Vektorbegreppet. 1.1 Låt u=(4,0, 1,3) och v=(2,1,4, 2). Beräkna vektorn 2u 3v.

Transkript:

MATA15 Algebra 1: delprov 2, 6 hp Fredagen den 17:e maj 2013 Skrivtid: 800 1300 Matematikcentrum Matematik NF Lösningsförslag 1 Visa att vektorerna u 1 = (1, 0, 1), u 2 = (0, 2, 1) och u 3 = (2, 2, 1) bildar en bas för rummet och bestäm koordinaterna till vektorn v = (5, 6, 2) i denna bas Lösning: De givna vektorerna kan utgöra en bas för rummet om och endast om de är lineärt oberoende, dvs de inte ligger i samma plan och deras volymprodukt och därmed determinant är skild från noll Vi har att 1 0 2 0 2 2 = 1 2 1 + 0 2 ( 1) + 2 0 1 2 2 ( 1) 1 2 1 0 0 1 = 4 0 Vektorerna ovan är alltså lineärt oberoende och bildar en bas för rummet Koordinaterna x 1, x 2 och x 3 till vektorn v med avseende på basen u 1, u 2, u 3 ges av x 1 u 1 + x 2 u 2 + x 3 u 3 = v x 1 (1, 0, 1) + x 2 (0, 2, 1) + x 3 (2, 2, 1) = (5, 6, 2) vilket vi skriver som 2x 2 + 2x 3 = 6 x 1 + x 2 + x 3 = 2 Vi tillämpar Gausselimination Vi adderar den första ekvationen till den tredje för att eliminera x 1 från den tredje ekvationen (och observerar att vi kan förenkla den andra ekvationen genom division med 2) Vi har alltså att: 2x 2 + 2x 3 = 6 x 1 + x 2 + x 3 = 2 x 2 + x 3 = 3 x 2 + 3x 3 = 7 Nu eliminerar vi x 2 från den tredje ekvationen genom att multiplicera den andra ekvationen med ( 1) och addera till den sista Systemet blir: x 2 + x 3 = 3 2x 3 = 4 x 1 = 1 x 2 = 1 x 3 = 2 Vektorn v har koordinaterna (1, 1, 2) med avseende på basen u 1, u 2, u 3 Svar: u = (1, 1, 2) i basen u 1, u 2, u 3 Var god vänd!

2 Ange en ekvation på parameterform för planet M genom punkterna (1, 2, 1), (2, 3, 0) och (1, 6, 4) och beräkna det minsta avståndet från punkten (10, 3, 0) till M (Positivt orienterat ON-system) Lösning: För att ställa upp en ekvation på parameterform för ett plan behöver vi en punkt och två vektorer i planet Sätt P 1 = (1, 2, 1), P 2 = (2, 3, 0) och P 3 = (1, 6, 4) och bilda vektorerna P 1 P 2 och P 1 P 3 Vi har att P 1 P 2 = (2, 3, 0) (1, 2, 1) = (1, 1, 1) och P 1 P 3 = (1, 6, 4) (1, 2, 1) = (0, 4, 3) En ekvation på parameterform för planet M ges av: x = 1 + s y = 2 + s + 4t z = 1 s + 3t s, t R För att beräkna avståndet från punkten P = (10, 3, 0) till planet M härleder vi först ekvationen på normalform för M för att sedan använda avståndsformeln För detta ändamål behöver vi en normalvektor till M En sådan vektor ges av vektorprodukten mellan P 1 P 2 och P 1 P 3 Vi har att (1, 1, 1) (0, 4, 3) = (7, 3, 4) och ekvationen på normalform för M ges av 7x 3y + 4z = D där D = 7 ( 1) 3 2 + 4 1 = 5 fås utifrån att punkten (1, 2, 1) tillhör M Vi har alltså att ekvationen på normalform för M är 7x 3y + 4z = 5, och avståndet från punkten (10, 3, 0) till M ges av d(p, M) = 7 10 3 ( 3) + 4 0 5 7 2 + ( 3) 2 + 4 2 = 74 74 = 74 x = 1 + s Svar: En ekvation på parameterform för M: y = 2 + s + 4t z = 1 s + 3t d(p, M) = 74 s, t R; 3 Låt L vara skärningslinjen mellan planen 2x + 2y + z = 3 och 3x y + z = 6 och M vara det plan genom origo som är vinkelrätt mot linjen (x, y, z) = (1, 2, 2)t, t R Ange en ekvation på parameterform för linjen L och visa att L skär planet M i en punkt Ange även skärningspunkten (ON-system) Lösning: Vi börjar med att härleda en ekvation på parameterform för skärningslinjen

L mellan planen 2x + 2y + z = 3 och 3x y + z = 6 genom att ställa upp och lösa ekvationssystemet bestående av de givna planens ekvationer: { 2x + 2y + z = 3 3x y + z = 6 { 2x + 2y + z = 3 x 3y = 9 Här har vi subtraherat den första ekvationen från den andra för att eliminera z Vi sätter y = t, t R, löser ut x från den andra ekvationen och z från den första ekvationen och vi får en ekvation på parameterform för L: x = 9 + 3t y = t, t R z = 21 8t Planet M genom origo som är vinkelrätt mot linjen (x, y, z) = (1, 2, 2)t, t R, har ekvationen x + 2y + 2z = 0, (eftersom vektorn (1, 2, 2) är normal till M och punkten (0, 0, 0) tillhör M) För att bestämma eventuella skärningspunkter mellan L och M söker vi värden på parametern t för vilka en punkt (x, y, z) i L satisfierar M s ekvation: 9 + 3t + 2t + 2(21 8t) = 0 11t = 33 t = 3 För t = 3 får vi skärningspunkten (0, 3, 3) (Anmärkning: skärningspunkten mellan L och M kan också fås som skärningspunkt mellan M och de två givna planen med skärningslinjen L) x = 9 + 3t Svar: En ekvation på parameterform för L ges av y = t, t R; z = 21 8t L skär planet M i punkten (0, 3, 3) 4 Bestäm för varje värde på det reella talet a antalet lösningar till ekvationssystemet (1 2a)x + (1 a)y + z = 1 + a x + y + (1 a)z = 1 (1 a)x + (1 a)y + z = 1 Lös ekvationssystemet fullständigt för de värden på a för vilka detta är möjligt Lösning: Vi använder Gausselimination Det ser ut att vara lämpligt att först eliminera variabeln z från den andra och tredje ekvationen För detta ändamål multiplicerar vi den första ekvationen med (1 a) respektive med 1 och adderar den ledvis till den andra respektive den tredje ekvationen Systemet blir: (1 2a)x + (1 a)y + z = 1 + a (1 (1 a)(1 2a))x + (1 (1 a) 2 )y = 1 (1 a)(1 + a) ax = a (1 2a)x + (1 a)y + z = 1 + a (3a 2a 2 )x + (2a a 2 )y = a 2 ax = a (1 2a)x + (1 a)y + z = 1 + a a(3 2a)x + a(2 a)y = a 2 ax = a Var god vänd!

Eftersom den andra ekvationen endast innehåller variabeln x så är vi klara med eliminationen Vidare observerar vi att systemet har entydig lösning precis då både koefficienten framför x i den tredje ekvation och koefficienten framför y i den andra ekvationen är skilda från 0 (för i så fall kan man lösa ut x från den tredje ekvationen, sedan y från den andra och till sist z från den första ekvationen, på ett entydigt sätt) Systemet har alltså entydig lösning om och endast om a 0 och 2a a 2 0, dvs för a 0, 2 Lösningen ges av: z = 1 + a (1 2a)x (1 a)y y = = (a 2 a(3 2a)x)/(a(2 a)) x = 1 x = 1 y = a2 +a(3 2a) a(2 a) = 3 a 2 a z = 1 + a + 1 2a (1 a) 3 a 2 a = 1 2 a Det återstår att undersöka systemet för a = 0, a = 2, a R \ {0, 2} För a = 0 är systemet ekvivalent med x + y + z = 1 och har oändligt många lösningar: x = 1 s t y = s s, t R z = t För a = 2 är systemet ekvivalent med 3x y + z = 3 2x = 4 2x = 2 3x y + z = 3 x = 2 x = 1 vilket är omöjligt Systemet saknar lösningar Svar: Systemet har entydig lösning för a 0, 2, saknar lösning för a = 2 och har oändligt många lösningar för a = 0 5 Låt P = (1, 2, 3) och Q = (3, 2, 1) vara två punkter i rummet (positivt ON-system) a) Ange en ekvation på parameterform för en linje l 1 som är vinkelrät mot sträckan P Q och går genom mittpunkten på denna sträcka b) Bestäm en punkt R på linjen l 2 genom punkterna (2, 2, 3) och (11, 10, 9) sådan att triangeln P QR blir likbent med sidorna RP och RQ lika långa c) Beräkna arean av triangeln P QR Lösning: a) För att ange en ekvation på parameterform för en linje l 1 som är vinkelrät mot sträckan P Q och går genom mittpunkten på denna sträcka så väljer vi en vektor som är ortogonal mot P Q och beräknar koordinaterna för sträckans mittpunkt M Vi har att M = 1 ((1, 2, 3) + (3, 2, 1)) = (2, 2, 2) och P Q = (3, 2, 1) (1, 2, 3) = (2, 0, 2) 2

En vektor u = (x, y, z) 0 som är ortogonal mot P Q uppfyller (u P Q) = 0 x z = 0 x = z Exempelvis uppfyller vektorn (0, 1, 0) villkoret ovan En ekvation på parameterform för en linje med de sökta egenskaperna ges av: x = 2 y = 2 + t, t R z = 2 b) Linjen l 2 genom punkterna (2, 2, 3) och (11, 10, 9) har en riktningsvektor v associerad till den riktade sträckan mellan de två givna punkterna: v = (11, 10, 9) (2, 2, 3) = (9, 12, 6) = 3(3, 4, 2) Det är klart att vektorn (3, 4, 2) också är en riktningsvektor för linjen l 2 och härmed ges en ekvation för l 2 av x = 2 + 3t y = 2 + 4t, t R z = 3 + 2t Nu ska vi bestämma t sådant att motsvarande punkt R = (2 + 3t, 2 + 4t, 3 + 2t) på l 2 ska ligga på lika långt avstånd till punkterna P och Q, dvs QR = QR Vi har att och härmed är P R = (2 + 3t, 2 + 4t, 3 + 2t) (1, 2, 3) = (1 + 3t, 4 + 4t, 2t) QR = (2 + 3t, 2 + 4t, 3 + 2t) (3, 2, 1) = ( 1 + 3t, 4 + 4t, 2 + 2t) QR = QR (1 + 3t) 2 + ( 4 + 4t) 2 + (2t) 2 = ( 1 + 3t) 2 + ( 4 + 4t) 2 + (2 + 2t) 2 1 + 6t + 9t 2 + 4t 2 = 1 6t + 9t 2 + 4 + 8t + 4t 2 t = 1 För t = 1 får vi R = (5, 2, 5) c) Arean till triangeln P QR ges av A( P QR) = 1 P Q P R 2 Vi har att P R = (4, 0, 2) samt att P Q P R = (2, 0, 2) (4, 0, 2) = (0, 12, 0) vilket (0, 12, 0) ger att A( P QR) = = 12 2 2 = 6 x = 2 Svar: a) Tex y = 2 + t, t R, z = 2 b) R = (5, 2, 5), c) A( P QR) = 6 6 Låt A, B och C vara följande matriser: 1 1 1 A =, B = 2 1 1 1 2 1 1 1 2, C = 3 6 9 Var god vänd!

a) Undersök huruvida matriserna A, B samt A B är inverterbara och ange i förekommande fall motsvarande invers b) Visa att AB = BA samt att (A + B) n = A n + B n för varje naturligt tal n 1 c) Bestäm (A + B) n för varje n = 2, 3, d) Lös matrisekvationen AX BX = C Lösning: a) En kvadratisk matris är M är inverterbar om och endast om ekvationssystemet MX = Y är lösbart för varje högerled Y Ekvationssystemet AX = Y ges av: x 1 + x 2 + x 3 = y 1 x 1 + x 2 + x 3 = y 2 x 1 + x 2 + x 3 = y 3 x 1 + x 2 + x 3 = y 1 0 = y 2 y 1 0 = y 3 y 1 Systemet ovan har inte entydig lösning för varje högerled Y (det saknar lösningar om y 1 y 2, y 1 y 3 eller y 2 y 3 och det har oändligt många lösningar då y 1 = y 2 = y 3 ) vilket medför att matrisen A inte är inverterbar Vi sätter upp ekvationssystemet BX = Y och använder Gausselimination: 2x 1 + x 2 + x 3 = y 1 x 1 2x 2 + x 3 = y 2 x 1 + x 2 2x 3 = y 3 2x 1 + x 2 + x 3 = y 1 3x 1 3x 2 = y 2 y 1 (eliminerar x 3 ) 3x 1 + 3x 2 = y 3 + 2y 1 2x 1 + x 2 + x 3 = y 1 3x 1 3x 2 = y 2 y 1 0 = y 1 + y 2 + y 3 Även det här systemet saknar entydig lösning för varje högerled Y (det saknar lösningar om y 1 + y 2 + y 3 0 och det har oändligt många lösningar då y 1 + y 2 + y 3 = 0) vilket medför att matrisen B inte är inverterbar heller Slutligen har vi att A B = 2 1 1 1 2 1 1 1 2 = 3 0 0 0 3 0 0 0 3 = 3E, vilket medför att A B är inverterbar med inversen (A B) 1 = (3E) 1 = 1 3 E (eftersom E 1 = E) b)vi beräknar produkterna AB och BA och finner att AB = BA = 0 Slutsatsen (A+ B) n = A n + B n är en direkt följd av detta samband kombinerat med binomialsatsen (vilken kan användas i det här fallet ty AB = BA): (A + B) n = n ( n k=0 k) A n k B k (Alla termer i summan som innehåller produkten AB blir lika med nollmatrisen) c) Vi har att (A + B) = 1 2 2 2 1 2 2 2 1 och (A + B) 2 = 9 0 0 0 9 0 0 0 9 = 3 2 E

Detta medför att (A + B) 3 = 3 2 (A + B), A 4 = ((A + B) 2 ) 2 = (3 2 E) 2 = 3 4 E, osv Vi har alltså att (A + B) n = 3 n E om n är jämnt och (A + B) n = 3 n 1 (A + B) om n är udda: för jämna n, dvs n = 2k, k N, så är (A + B) n = (A + B) 2k = ((A + B) 2 ) k = (3 2 E) k = 3 2k E = 3 n E medan för udda n, dvs n = 2k + 1, k N är (A + B) n = (A + B) 2k+1 = (A + B) 2k (A + B) = 3 2k E (A + B) = 3 n 1 (A + B) d) Matrisekvationen AX BX = C är ekvivalent med (A B)X = C 3EX = C X = 1 3 C X = Svar: a) A och B är ej inverterbara, A B är inverterbar med inversen 1 3 E b) AB = BA = 0 c) (A + B) n = 3 n E då n är jämnt; (A + B) n = 3 n 1 (A + B), då n är udda 1 d) X = 2 3 1 2 3