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

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

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

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 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.

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

Prov i matematik F2, X2, ES3, KandFys2, Lärare, Frist, W2, KandMat1, Q2 LINJÄR ALGEBRA II

Lösningar till MVE021 Linjär algebra för I

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

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

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

Preliminärt lösningsförslag

där β R. Bestäm de värden på β för vilka operatorn är diagonaliserbar. Ange även för respektive av dessa värden en bas av egenvektorer till F.

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

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Tentamen i ETE305 Linjär algebra , 8 13.

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

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

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

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

Linjär algebra F1, Q1, W1. Kurslitteratur

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdag, 13 januari 2016

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

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

Inför tentamen i Linjär algebra TNA002.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

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

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

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

Tentamen i Linjär algebra , 8 13.

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

A = x

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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

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

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

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

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

Vektorgeometri för gymnasister

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

Facit/lösningsförslag

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

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

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

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

Stöd inför omtentamen i Linjär algebra TNA002.

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

SF1624 Algebra och geometri

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

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

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

16.7. Nollrum, värderum och dimensionssatsen

Preliminärt lösningsförslag

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

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

16.7. Nollrum, värderum och dimensionssatsen

Preliminärt lösningsförslag

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

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) , 8 13.

1 basen B = {f 1, f 2 } där f 1 och f 2 skall uttryckas i koordinater i standardbasen.

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

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

LYCKA TILL! kl 8 13

Crash Course Algebra och geometri. Ambjörn Karlsson c januari 2016

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

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

(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.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Uppgifter, 2015 Tillämpad linjär algebra

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

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

Egenvärden och egenvektorer. Linjär Algebra F15. Pelle

19. Spektralsatsen Spektralsatsen SPEKTRALSATSEN

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

Del 1: Godkäntdelen. TMV142 Linjär algebra Z

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

2x + y + 3z = 1 x 2y z = 2 x + y + 2z = 1

Preliminärt lösningsförslag

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

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

Tentamen i Linjär algebra (TATA31/TEN1) ,

Transkript:

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf Exempeltenta med lösningar Programmen EI, IT, K, X Linjär algebra juni 24 Skrivtid: Fem timmar. Tillåtna hjälpmedel: Skrivdon. Lösningarna skall vara försedda med motiveringar. Varje uppgift är värd 5 poäng. För betygen 3, 4, 5 krävs minst 18, 25 resp 32 poäng. Påbörja varje uppgift på nytt papper och skriv endast på papperets ena sida. 1. Delrummet M till R 4 spänns upp av vektorerna (2, 1, 3, 2), (1, 1, 2, 1), ( 1,, 1, 1) och ( 4, 2, 6, 4). Bestäm en bas i M bland dessa vektorer och bestäm även a R så att vektorn u = ( 8, 5, a, 8) tillhör M. Ange för ett sådant a-värde koordinaterna för u i den valda basen. 2. Låt e 1, e 2, e 3 vara en bas i det linjära rummet L. Visa att f 1 = e 1 + e 2 e 3 f 2 = e 1 + e 2 f 3 = e 1 + 2e 2 2e 3 är en ny bas. Ange koordinaterna för u = e 1 + e 2 + e 3 i den nya basen. 3. Betrakta delrummet M = {x : x 1 + x 2 + x 3 x 4 = x 2 + x 3 + 2x 4 = }, till E 4 (E 4 är som bekant R 4 försett med standardskalärprodukten). Bestäm en ON-bas i det ortogonala komplementet M, till M. Skriv vektorn w = ( 2, 5, 1, ) som en summa w = u + v, där u M och v M. 4. Bestäm standardmatrisen för den linjära operatorn F på E 3 som geometriskt kan beskrivas som en ortogonal projektion på planet x + z =. 5. Visa att x 2 y 2 z 2 + 4xy + 4xz + 4yz = 1 är ekvationen för en rotationsyta i E 3. Bestäm ytans typ, rotationsaxeln samt det minsta avståndet från ytan till origo. Rita figur! 6. Den linjära operatorn F på R 3 har i någon bas matrisen 1 1 2 A = a 2 2 a 1 3 Bestäm alla värden på a R för vilka operatorn är diagonaliserbar. Ange, i varje sådant fall, en bas i R 3 bestående av egenvektorer till F.

7. Den linjära avbildningen F : M 2 2 R 3, där M 2 2 betecknar rummet av alla reella 2 2- matriser, definieras genom ( ) a b F = (c, a d, b) c d (a) Bestäm matrisen för F med avseende på baserna B 1 = ( ) 1 2 = i M 2 2 och standardbasen i R 3. (b) Bestäm baser i F :s noll- och värderum. ( ) 1 3 = ( ) 1 4 = ( ) 1 8. F är en linjär operator på det ändlig-dimensionella linjära rummet L. Låt λ 1 R vara ett egenvärde till F av multiplicitet k > och låt E(λ 1 ) = {u L : F (u) = λ 1 u} vara motsvarande egenrum. Låt r beteckna dimensionen av E(λ 1 ). Visa att r k. (Ledning: Välj en bas i E(λ 1 ). Enligt sats kan denna bas kompletteras med ytterligare vektorer så att man, sammantaget, får en bas i L. Gör en sådan komplettering, vilken spelar ingen roll, och betrakta matrisen A, för F, i den uppkomna basen. A har samma egenvärden, räknade med multiplicitet, som F.)

Lösningar till tentamen i Linjär algebra juni 24 Lösning till problem 1. Genom att lägga de fem vektorerna som kolonner i en matris A och göra några radoperationer får vi 1 1 2 3 A 1 1 2 a 13 Det framgår först att dim(m) = 2 och att de två första vektorerna utgör en bas i M. För det andra ser vi att den femte vektorn tillhör M precis då a = 13. Koordinaterna för den femte vektorn med avseende på basen i M är i detta fall 3, 2. Lösning till problem 2. Koordinaterna för u i f-basen ges av u f = T 1 u e, där T är transformationsmatrisen från e-basen till f-basen. Detta betyder att u f är lösning till ekvationssystemet T x = u e. På matrisform får vi, med några radoperationer: 1 1 1 1 [T u e ] = 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 Av den sista matrisen framgår för det första att T är inverterbar (ty den har full rang), vilket medför att f-vektorerna bildar en ny bas. För det andra kan vi (av högerledet) utläsa att u f = ( 1, 2, ). Lösning till problem 3. Vi ser att M består av alla vektorer som är ortogonala mot de båda vektorerna f 3 = (1, 1, 1, 1) och f 4 = (, 1, 1, 2). Men det betyder att f 3 och f 4 spänner upp M. Eftersom de råkar vara ortogonala utgör (1, 1, 1, 1)/2 och (, 1, 1, 2)/ 6 en ON-bas i M. Den ortogonala projektionen av w på M ges av v = w f 3 f 3 f 3 f 3 + w f 4 f 4 f 4 f 4 = (1, 2, 2, 1) Den ortogonala projektionen av w på M fås nu som u = w v = ( 3, 3, 1, 1). Lösning till problem 4. Låt f 1 = (1,, 1), f 2 = (, 1, ) och f 3 = (1,, 1). Dessa vektorer utgör en bas i E 3. Eftersom f 1, f 2 ligger i planet medan f 3 är ortogonal mot planet gäller att F (f 1 ) = f 1, F (f 2 ) = f 2, F (f 3 ) =. Matrisen för F i f-basen är därför diagonalmatrisen 1 D = 1 Transformationsmatrisen från standardbasen till f-basen och dess invers ges av 1 1 T = 1 T 1 = 1 1 1 2 2 1 1 1 1 Standardmatrisen fås nu som A = T D T 1 = 1 2 1 1 2. 1 1

Lösning till problem 5. Den kvadratiska formen har i standardbasen matrisen 1 2 2 A = 2 1 2 2 2 1 Egenvärdena till A ges av 1 λ 2 2 = 2 1 λ 2 2 2 1 λ = 3 λ 2 2 1 2 2 3 λ 1 λ 2 = (3 λ) 1 1 λ 2 3 λ 2 1 λ 1 2 1 λ = 1 = (3 λ) 1 3 λ = (3 λ)( 3 λ)2 1 3 λ Alltså har vi λ 1 = 3, λ 2 = λ 3 = 3. Vi ser av detta att ytan är en tvåmantlad hyperboloid, med ekvationen 3y 2 1 3y 2 2 3y 2 3 = 1 i koordinaterna som svarar mot en ON-bas av egenvektorer till A. Att ytan är en rotationsyta följer av att vi har två sammanfallande egenvärden (λ 2 = λ 3 ). Rotationsaxeln löper genom origo parallellt med en egenvektor hörande till λ 1 = 3. Egenvektorerna hörande till λ 2,3 = 3 ges av 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 d v s de uppfyller ekvationen x 1 + x 2 + x 3 =, vilket betyder att de är ortogonala mot vektorn (1, 1, 1). Men det medför att egenvektorerna hörande till λ 1 = 3 är de nollskilda vektorerna parallella med (1, 1, 1). Rotationsaxeln är därför också parallell med denna vektor. Minsta avståndet till origo har de båda vertex-punkterna, som uppfyller ekvationerna y 2 = y 3 =, 3y1 2 = 1. Avståndet från dessa till origo är y1 2 + y2 2 + y2 3 = 1/ 3. Lösning till problem 6. Egenvärdena ges av 1 λ 1 2 = a 2 λ 2 a = = (4 λ)(1 λ)2 1 3 λ Vi har alltså λ 1 = 4, λ 2 = λ 3 = 1. Egenvektorerna till λ 2,3 = 1 ges av det på matrisform skrivna homogena ekvationssystemet 1 2 1 2 a 1 a a a 1 2 Av den sista matrisen ser vi att två linjärt oberoende egenvektorer finns till λ 2,3 = 1 om och endast om a =, i vilket fall de ges av ekvationen x 2 + 2x 3 =. T ex har vi lösningarna (1,, ) och (, 2, 1). Egenvektorerna till λ 1 = 4 fås, då a =, ur systemet 3 1 2 2 2 1 1 vars lösningar uppfyller x 1 = x 2 = x 3, t ex (1, 1, 1). 1 1 1 1

Lösning till problem 7. Vi har F (B 1 ) = (, 1, ), F (B 2 ) = (,, 1), F (B 3 ) = (1,, ), F (B 4 ) = (, 1, ) Den sökta matrisen är därför 1 1 1. 1 Nollrummet ges av (,, ) = (c, a d, b) b = c =, d = a så nollrummet har dimension 1 med basen ( 1 1 ). Värderummet har dimension 4 1 = 3 vilket innebär att det utgör hela R3.