Linjär algebra I, vt 12 Vecko PM läsvecka 4

Relevanta dokument
TMV166 Linjär algebra för M, vt 2016

Algebraiska egenskaper hos R n i)u + v = v + U

SF1624 Algebra och geometri

Definition 1 Ett vektorrum M (över R) är en mängd element, vektorer, sådan att det finns en kommutativ operation + på mängden M som uppfyller

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

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 3

Preliminärt lösningsförslag

TMV166/186 Linjär Algebra M/TD 2011/2012 Läsvecka 1. Omfattning. Innehåll Lay, kapitel , Linjära ekvationer i linjär algebra

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

Tentamen TMV140 Linjär algebra Z

SF1624 Algebra och geometri

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

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.

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

Linjär Algebra M/TD Läsvecka 1

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

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

TMV166 Linjär Algebra för M. Tentamen

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Vektorrum. EX. Plan och linjer i rummet genom origo. Allmänt; mängden av lösningar till AX = 0.

SF1624 Algebra och geometri

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

16.7. Nollrum, värderum och dimensionssatsen

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

16.7. Nollrum, värderum och dimensionssatsen

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

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.

A = x

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

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

Föreläsningsanteckningar Linjär Algebra II Lärarlyftet

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

1 De fyra fundamentala underrummen till en matris

Hemuppgift 1, SF1861 Optimeringslära, VT 2016

Andragradspolynom Några vektorrum P 2

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

1 Ortogonalitet. 1.1 Skalär produkt. Man kan tala om vinkel mellan vektorer.

Linjär algebra och geometri I

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

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

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

Linjär algebra och geometri I

Preliminärt lösningsförslag

Veckoblad 4, Linjär algebra IT, VT2010

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

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604 för D, den 5 juni 2010 kl

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

Tentamen i ETE305 Linjär algebra , 8 13.

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

2 = 3 = 1. ekvationssystem är beskriven som de vektorer X =

Kursplanering för Linjär algebra, HT 2003

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Preliminärt lösningsförslag

Vektorgeometri för gymnasister

Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, den 12 mars 2013 kl

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

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

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

Studiehandledning till linjär algebra Avsnitt 3

Linjär algebra på 2 45 minuter

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

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

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Linjär algebra HT 2016, kurskoder 5MA160 och 6MA036

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

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

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 6

Version Linjär algebra kapiltet från ett ODE-kompendium. Mikael Forsberg

Institutionen för Matematik TENTAMEN I LINJÄR ALGEBRA OCH NUMERISK ANALYS F1, TMA DAG: Fredag 16 januari 2009 TID:

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

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

Oändligtdimensionella vektorrum

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

Stora bilden av Linjära algebran. Vektorrum, linjära transformationer, matriser (sammanfattning av begrepp)

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

LINJÄR ALGEBRA HT2013. Kurslitteratur: Anton: Elementary Linear Algebra 10:e upplagan.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Del 1: Godkäntdelen. TMV141 Linjär algebra E

6.1 Skalärprodukt, norm och ortogonalitet. TMV141 Linjär algebra E VT 2011 Vecka 6. Lärmål 6.1. Skalärprodukt. Viktiga begrepp

Linjär algebra och geometri 1

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

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

Inför tentamen i Linjär algebra TNA002.

SF1624 Algebra och geometri

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

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

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

Instuderingsuppgifter & Läsanvisningar till Linjär Algebra II för lärare

VEKTORRUMMET R n. 1. Introduktion

Linjär Algebra M/TD Läsvecka 2

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Linjär algebra på några minuter

November 24, Egenvärde och egenvektor. (en likformig expansion med faktor 2) (en rotation 30 grader moturs)

Linjära avbildningar. Definition 1 En avbildning mellan två vektorrum, F : V U, kallas linjär om. EX. Speglingar, rotationer, projektioner i R 3.

Transkript:

Linjär algebra I, vt 12 Vecko PM läsvecka 4 Lay: 2.8-2.9, 4.1-4.6 Underrum i R n, dimension och rang. Vektorrum. Innehållet i avsnitten 2.8 och 2.9 täcks av kapitel 4, men presenterar begreppen på ett mer konkret sätt. Samtidigt behövs den mer abstrakta synen som ges i kapitel 4. Därför kommer vi att behandla kapitlen samtidigt och i viss mån hoppa fram och tillbaka. Även om du koncentrerar dig på 2.8-9 så bör du lösa en stor del av övningsuppgifterna ur kap.4. Centrala begrepp är underrum, bas för underrum, dimension och rang, som preciserar en del vaga idéer vi mött tidigare. Underrum i R 3 är linjer och plan genom origo, dessa har dimension 1 respektive 2, en bas består av en respektive två vektorer som spänner upp linjen/planet. I kapitlet generaliseras detta till högre dimensioner. Särskilt viktigt är nollrum och kolonnrum till matriser. Nollrummet är samma som lösningsmängden till den homogena ekvationen Ax = 0, kolonnrummet är samma som mängden av alla b för vilka ekvationen Ax = b är konsistent. I sats 2.8.12 bevisas att de är underrum och av beviset framgår hur detta hänger samman med matrismultiplikationens linjära egenskaper. Matrisrang, som är dimensionen för kolonnrummet, är viktigt i vissa tillämpningar. Rangsatsen beskriver samspelet mellan dimensioner för nollrum och kolonnrum. Basbegreppet är oerhört viktigt. Tänk på att en bas är en mängd av vektorer. Lite oegentligt talar vi om de enskilda medlemmarna i en bas som basvektorer vilket kan ge intrycket att de ensamma har någon speciell egenskap. Så är det inte, varje vektor utom nollvektorn kan ingå i en bas. Det är väsentligt att du lär dig bestämma baser för nollrum och kolonnrum för matriser. Sats 2.8.13 beskriver hur man gör, du bör kunna bevisa den satsen. Satsen om inverterbara matriser får ytterligare ett par viktiga punkter i detta kapitel. Den borde för övrigt inkludera även sats 3.2.4. Kapitel 4 innebär alltså en generalisering av 2.8 och 2.9. Genom att konkretisera och jämföra med 2.8-9 så blir det mer gripbart. I övningsuppgifterna handlar det ofta om R n och matriser.. Idén i kapitlet är att ge en sammanhållande teori för fenomen som är olika men har samma grundläggande egenskaper och det är först genom att gå till den allmänna teorin vi kan hantera koordinatbyte riktigt bra. Att detta är viktigt framgick förhoppningsvis av matlabövning 2 som skulle visa att det i många tillämpningar handlar om att välja en bas som är lämplig för det aktuella problemet och sedan växla mellan olika baser med hjälp av basbytesmatrisen P B. Ett djupare studium görs i 4.7. I 4.1 är sats 1 med vars hjälp man oftast enkelt kan visa att en viss mängd är ett underrum i något större vektorrum extra viktig. Exempel 4.2.8 och 4.2.9 ger intressanta kopplingar till föregående kurs. Liksom för linjära ekvationssystem ges allmän lösning för vissa differentialekvationer av

en partikulärlösning och allmänna lösningen till homogena ekvationen. Här får denna analogi en förklaring. I 4.5 ingår flera viktiga satser: satserna 9 och 10 som ger möjlighet att definiera begreppet dimension, Sats 11 som visar att om H är äkta underrum i V så har H lägre dimension än V och sats 12, bassatsen, som ofta leder till att det kontrollerande räknearbetet kan minskas. Beviset av sats 9 är belysande då det visar hur uttalanden om allmänna vektorrum ofta hänger samman med uttalanden om linjära ekvationssystem. Mål: För betyget godkänd skall du kunna: definiera begreppet underrum i R n och avgöra om en viss mängd av vektorer i R n är ett underrum i R n. definiera begreppet nollrum, Nul(A), till en matris A, avgöra om en given vektor tillhör Nul(A) samt bestämma en bas för Nul(A). definiera begreppet kolonnrum, Col(A), till en matris A, avgöra om en given vektor tillhör Col(A) samt bestämma en bas för Col(A). definiera begreppen linjärt beroende mängd av vektorer, linjärt oberoende mängd av vektorer och bas för ett underrum i R n. definiera begreppet koordinater för en vektor relativt en bas och bestämma koordinaterna för en vektor relativt en given bas. definiera begreppet dimension av ett underrum i R n definiera begreppet rang för en matris. tillämpa Rang-satsen vid problemlösning tillämpa Satsen om inverterbara matriser (The invertible Matrix Theorem) vid problemlösning För högre betyg skall du dessutom kunna: bevisa att nollrum och kolonnrum är underrum i lämpligt R n utnyttja att dessa har olika tolkningar beroende på vad matrisen representerar. formulera och bevisa Rang-satsen. definiera begreppet underrum i ett vektorrum, kunna avgöra om en given delmångd av ett känt vektorrum är ett underrum definiera begreppen bas och dimension för ett vektorrum bevisa att varje mängd bestående av fler vektorer i ett vektorrum V, än vad som finns i en bas för V, måste vara linjärt beroende samt utnyttja detta för att bevisa att antalet vektorer i en bas för ett vektorrum är entydigt bestämt. definiera begreppet dimension för vektorrum. förklara varför de olika egenskaperna som nämns i Satsen om inverterbara matriser (The invertible Matrix Theorem) är ekvivalenta.

Rekommenderade uppgifter (PP är förkortning av Practice problems. Här menas att du bör inleda med att göra alla dessa. Du hittar dem direkt före övningarna till respektive avsnitt.) Avsnitt Instuderingsuppgifter Träningsuppgifter Teoretiska uppgifter 2.8 PP, 1, 3, 7, 9, 15-20, 23, 25 21, 22, 27, 31 2.9 PP, 1, 5, 7, 11, 13, 15 17-26 4.1 PP, 1, 3, 4, 7 11, 13, 15, 19 20, 23, 33, 34 4.2 PP, 1, 3, 5, 7, 9, 15, 17 21, 31 25, 27, 30, 33, 4.3 PP, 3, 4, 9, 10 15 21, 23, 29, 30 4.4 PP, 1, 3, 7, 10 11, 13, 27, 29 15, 19, 23, 25 4.5 PP, 1, 6, 11, 14 21 19, 27, 29, 31 4.6 PP, 1, 3, 5 7, 9, 13, 15, 17, 21, 25, 30 Extra övningsuppgifter 1. Betrakta mängden W = 3a + 2b + 3c 6a + b c 9a + b + 4c 6a 2b : a, b, c reella tal 2. (a) För lämpligt val av n är W är en delmängd av R n, vilket är detta n? (b) Hur ser man att W är ett underrum till det R n du bestämde i (a)? (c) Bestäm dimensionen för W. A = 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Bestäm baser för matrisens kolonnrum och nollrum. Bestäm också matrisens rang. 3. Antag att V är ett vektorrum. Låt T : V V vara en linjär avbildning. Avgör vilka av följande utsagor som är sanna och vilka som är falska. Bevisa de sanna utsagorna och motbevisa de falska! (a) Om {v 1,, v m } är linjärt oberoende så är även {T (v 1 ),, T (v m )} linjärt oberoende. (b) Om {v 1,, v m } är linjärt beroende så är även {T (v 1 ),, T (v m )} linjärt beroende. (c) Om {v 1,, v m } spänner upp V så gör {T (v 1 ),, T (v m )} det också. (d) Om {T (v 1 ),, T (v m )} spänner upp V så gör {v 1,, v m } det också.

4. Detta är egentligen en del av uppgift 4.7:13. Visa att B={1 2t + t 2, 3 5t+4t 2, 2t+3t 2 } är en bas för P 2 och bestäm koordinaterna för polynomet 1 + 2t i denna bas. 5. Låt P 2 vara det linjära rummet av alla polynom av grad högst 2. Definiera sedan en avbildning T : P 2 R 3 genom att T (p) = p(1) p (1) p (1). (a) Visa att T är en linjär avbildning. (b) Bestäm avbildningens matris då vi använder {1, t, t 2 } som bas för P 2 och standardbasen i R 3. Svar till extrauppgifterna : 1. (a) n = 4 (c) 2 2. Nollrummet är {0}. Kolonnrummet är R 3. 3. (a) och (c) är falska, (b) och (d) är sanna 4. [5 2 1] T 1 1 1 5. (b) 0 1 2 0 0 2 Några uppgifter med lösningar på hemsidan 1. Låt A = 1 4 9 7 1 2 4 1 5 6 10 7 Bestäm en bas för kolonnrummet, en bas för radrummet och matrisens rang. 2. Antag att a är en reell parameter och låt H a vara det rum som består av alla linjärkombinationer av de tre vektorerna. [1 a 1] T, [1 1 a] T och [a 4 a] T. (a) Bestäm för varje a dimensionen på H a och en bas för H a. (b) Undersök för vilka värden på a som vektorn [3 5 4] T ligger i H a. 3. Betrakta mängden W = 3a + 2b + 3c 6a + b c 9a + b + 4c 6a 2b : a, b, c reella tal

(a) För lämpligt val av n är W är en delmängd av R n, vilket är detta n? (b) Hur ser man att W är ett underrum till det R n du bestämde i (a)? (c) Bestäm dimensionen för W. 4. Betrakta polynomen p(t) = 1 + t + t 2 och q(t) = 1 + 2t + t 2 i P 2, rummet av polynom av grad högst 2. (a) Bestäm ett polynom r(t) i P 2 så att B = {p, q, r} bildar en bas för P 2. Du måste motivera att det verkligen ger en bas! (b) Bestäm koordinaterna för polynomet s(t) = 1 + 3t + t 2 i den bas du bestämde i (a). 5. Låt T : P 2 R 4 vara definierad genom T (p) = p(1) p (1) p(2) p (2) (a) Bevisa att T är en linjär avbildning. (b) Bestäm matrisen för T med avseende på basen {1, t, t 2 } för P 2 och standardbasen för R 4..