Linjär Algebra (lp 1, 2016) Lösningar till skrivuppgiften Julia Brandes

Relevanta dokument
Tentamen i Linjär Algebra, SF december, Del I. Kursexaminator: Sandra Di Rocco. Matematiska Institutionen KTH

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 4

Lösningar till tentamensskrivning i kompletteringskurs Linjär Algebra, SF1605, den 10 januari 2011,kl m(m + 1) =

ENDIMENSIONELL ANALYS B1 FÖRELÄSNING VI. Föreläsning VI. Mikael P. Sundqvist

Vad är det okända som efterfrågas? Vilka data är givna? Vilka är villkoren?

A. Grundläggande matristeori

b 1 och har för olika värden på den reella konstanten a.

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903, Fredag 14 september 2012, kl


. Mängden av alla möjliga tillstånd E k kallas tillståndsrummet.

SANNOLIKHETER. Exempel. ( Tärningskast) Vi har sex möjliga utfall 1, 2, 3, 4, 5 och 6. Därför är utfallsrummet Ω = {1, 2, 3, 4, 5,6}.

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR

Tentamenskrivning, , kl SF1625, Envariabelanalys för CINTE1(IT) och CMIEL1(ME ) (7,5hp)

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Sammanfattning, del I

5. Linjer och plan Linjer 48 5 LINJER OCH PLAN

Borel-Cantellis sats och stora talens lag

Anmärkning: I några böcker använder man följande beteckning ]a,b[, [a,b[ och ]a,b] för (a,b), [a,b) och (a,b].

Kontrollskrivning (KS1) 16 sep 2019

TNA001 Matematisk grundkurs Övningsuppgifter

Uppgifter 3: Talföljder och induktionsbevis

x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 HL Z x x x

Sida 1 av 12. vara ett inkonsistent system (= olösbart system dvs. ett system som saknar lösning). b =.

= x 1. Integration med avseende på x ger: x 4 z = ln x + C. Vi återsubstituerar: x 4 y 1 = ln x + C. Villkoret ger C = 1.

H1009, Introduktionskurs i matematik Armin Halilovic POLYNOM, POLYNOMDIVISION, ALGEBRAISKA EKVATIONER, PARTIALBRÅKSUPPDELNING. vara ett polynom där a

EGENRUM, ALGEBRAISK- OCH GEOMETRISK MULTIPLICITET

Sannolikheten. met. A 3 = {2, 4, 6 }, 1 av 11

101. och sista termen 1

vara ett polynom där a 0, då kallas n för polynomets grad och ibland betecknas n grad( P(

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Induktion och Binomialsatsen. Vi fortsätter att visa hur matematiska påståenden bevisas med induktion.

2. Konfidensintervall för skillnaden mellan två proportioner.

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Plan rörelse, kinematik och kinetik

Höftledsdysplasi hos dansk-svensk gårdshund - Exempel på tavlan

Inledande matematisk analys. 1. Utred med bevis vilket eller vilka av följande påståenden är sana:

c n x n, där c 0, c 1, c 2,... är givna (reella eller n=0 c n x n n=0 absolutkonvergent om x < R divergent om x > R n n lim = 1 R.

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV HÖGRE ORDNINGEN

Föreläsning 10: Kombinatorik

Svar till tentan

Tenta i MVE025/MVE295, Komplex (matematisk) analys, F2 och TM2/Kf2

Föreläsning 2: Punktskattningar

Induktion LCB Rekursion och induktion; enkla fall. Ersätter Grimaldi 4.1

4. Uppgifter från gamla tentor (inte ett officiellt urval) 6

Ekvationen (ekv1) kan beskriva en s.k. stationär tillstånd (steady-state) för en fysikalisk process.

ÖPPNA OCH SLUTNA MÄNGDER. KOMPAKTA MÄNGDER. DEFINITIONSMÄNGD. INLEDNING. Några viktiga andragradskurvor: Cirkel, ellips, hyperbel och parabel.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

REGULJÄRA SPRÅK (8p + 6p) 1. DFA och reguljära uttryck (6 p) Problem. För följande NFA över alfabetet {0,1}:

Av Henrik 01denburg\ Radikaler. För att lösa ekv.: x n = a (n helt, pos. tal) konstruerar man kurvan

Kontrollskrivning 3 i SF1676, Differentialekvationer med tillämpningar. Tisdag kl 8:15-10

Genomsnittligt sökdjup i binära sökträd

Inledande matematisk analys (TATA79) Höstterminen 2016 Föreläsnings- och lekionsplan

θx θ 1 om 0 x 1 f(x) = 0 annars

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 26, 9/2 2011: y + ay + by = h(x)

Datorövning 2 Fördelningar inom säkerhetsanalys

Problem 2 löses endast om Du hade färre än 15 poäng på duggan som gavs arctanx sin x. x(1 cosx) lim. cost.

Del A. x 0 (1 + x + x 2 /2 + x 3 /6) x x 2 (1 x 2 /2 + O(x 4 )) = x3 /6 + O(x 5 ) (x 3 /6) + O(x 4 )) = 1 + } = 1

EGENVÄRDEN och EGENVEKTORER

TNA001- Matematisk grundkurs Tentamen Lösningsskiss

Introduktion till statistik för statsvetare

TENTAMEN I MATEMATISK STATISTIK Datum: 13 mars 08

Om komplexa tal och funktioner

Lösning till tentamen för kursen Log-linjära statistiska modeller 29 maj 2007

Digital signalbehandling Alternativa sätt att se på faltning

LÖSNINGAR TILL. Räkningar: (z i z) 2 = , Δ = z = 1 n. n 1. Konfidensintervall:

Linjär Algebra, Föreläsning 9

RESTARITMETIKER. Avsnitt 4. När man adderar eller multiplicerar två tal som t ex

7 Sjunde lektionen. 7.1 Digitala filter

TFM. Avdelningen för matematik Sundsvall Diskret analys. En studie av polynom och talföljder med tillämpningar i interpolation

1. BERÄKNING AV GRÄNSVÄRDEN ( då x 0 ) MED HJÄLP AV MACLAURINUTVECKLING. n x

Tentamen i Sannolikhetsteori III 13 januari 2000

Cartesisk produkt. Multiplikationsprincipen Ï Ï Ï

TAMS15: SS1 Markovprocesser

Räkning med potensserier

Resultatet av kryssprodukten i exempel 2.9 ska vara följande: Det vill säga att lika med tecknet ska bytas mot ett plustecken.

Tentamen 19 mars, 8:00 12:00, Q22, Q26

Lycka till! I(X i t) 1 om A 0 annars I(A) =

Kompletterande kurslitteratur om serier

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

1. Test av anpassning.

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

a) Beräkna E (W ). (2 p)

Datorövning 2 Fördelningar inom säkerhetsanalys

Föreläsning G04: Surveymetodik

Statistisk analys. Vilka slutsatser kan dras om populationen med resultatet i stickprovet som grund? Hur säkra uttalande kan göras om resultatet?

Ekvationen (ekv1) kan bl. annat beskriva värmeledningen i en tunn stav där u( x, betecknar temperaturen i punkten x vid tiden t.

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 1.1

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 14 dec 2009 klockan 14:00 19:00.

vara ett polynom där a 0, då kallas n för polynomets grad och ibland betecknas n = grad( P(

TENTAMEN I MATEMATIK MED MATEMATISK STATISTIK HF1004 TEN kl

1. (a) Eftersom X och Y har samma fördelning så har de även samma väntevärde och standardavvikelse. E(X 2 ) = k

NEWTON-RAPHSONS METOD (en metod för numerisk lösning av ekvationer)

Inledande kombinatorik LCB 2001

= (1 1) + (1 1) + (1 1) +... = = 0

Föreläsning G04 Surveymetodik 732G19 Utredningskunskap I

DIAGONALISERING AV EN MATRIS

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 22 oktober 2018 kl

Andra ordningens lineära differensekvationer

Hambley avsnitt 12.7 (även 7.3 för den som vill läsa lite mer om grindar)

S0005M V18, Föreläsning 10

1. Rita följande tidssekvenser. 2. Givet tidssekvensen x n i nedanstående figur. Rita följande tidssekvenser.

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

Transkript:

Lijär Algebra (lp 1, 2016) Lösigar till skrivuppgifte Julia Brades Uppgift 1. Betecka mägde av alla matriser med M(). Vi har e elemetvist defiierad additio av två matriser A, B M(). De är defiierad geom att skriva A + B = C där c i,j = a i,j + b i,j för alla 1 i, j. Vi har också e skalär multiplikatio mella e matris A M() och ett elemet λ R defiierad geom att skriva λa = D där d i,j = λa i,j för alla 1 i, j. För e matris A M() defiierar vi dess spår geom att sätta Sp A = a i,i = a 1,1 + a 2,2 + + a,, spåret är alltså summa över A:s diagoalelemet. (a) Udersök om de följade mägder är vektorrum: (i) M(), (ii) D() = {A M() : a i,j = 0 om i j}, (iii) GL() = {A M() : A är iverterbar}. Tips: Om ett vektorrum V är e delmägd av ett aat vektorrum W, så är det ett delrum i W. Det betyder att för sådaa mägder som är delmägder av ett vektorrum räcker det att visa att de är sluta uder additio och skalär multiplikatio och iehåller ollvektor. (b) För de av (i), (ii), (iii) som är vektorrum, hitta också e isomorfism till R m för ett lämpligt tal m. Vad är m i varje fall där det går? (c) Visa att V = {A M() : Sp A = 0} är ett vektorrum. (d) Visa att dim V = 2 1 och hitta e bas för V. Tips: De fis två strategier att lösa de här uppgifte: (1) Direkt: Udersök oggrat vilka elemet a i,j i e matris A V är fritt valbara, och vilka är det ite. (Det vill säga, a i,j är fritt valbar om vi ka variera a i,j fritt och förbli i mägde.) Försök seda att hitta e ekvatio som kopplar ihop de elemet som ite är helt fria, och aväd dea ekvatio för att hitta på e bas. (2) Med dimesiossatse: Visa att Sp : M() R är e lijär avbildig. Vad är Ker Sp? Vad är Ra Sp? Är det möjligt, med hjälp av (a) och (b), att skriva er ågo slags trasformatiosmatris för Sp? (Obs: trasformatiosmatrise har e lite ovalig form.) Lösig. (a) (i) Vi måste visa att M() uppfyller vektorrumvillkore, vilka är (1) v, w M() = v + w M(), (2) för alla v, w M() gäller v + w = w + v, (3) för alla u, v, w M() gäller (v + w) + u = v + (w + u), (4) det fis 0 M() uppfyllade v + 0 = v för alla v im(), (5) för alla v M() fis det v M() med v + ( v) = 0, 1

2 (ii) (6) för alla λ R och alla v M() gäller λv M(), (7) för alla λ R och alla v, w M() gäller λ(v + w) = λv + λw, (8) för alla λ, µ R och alla v M() gäller (λ + µ)v = λv + µv, (9) för alla λ, µ R och alla v M() gäller λ(µv) = (λµ)v, (10) 1v = v för alla v im(). Det första och det sjätte följer frå de elemetvisa defiitioe av additioe och skalärmultiplikatioe, som gör att summa av två matriser och deras multipler är ige matriser. Det adra och tredje följer frå egeskapera hos de valiga additioe, aväda på de estaka elemet, och likadat det fjärde och femte om ma sätter ollmatrise som de matrise som har ollor överallt, och ( A) i,j = A i,j för alla i, j. Det sjude, åttode, iode och tiode kommer slutlige frå egeskapera hos de valiga multiplikatio, ige aväda på de estaka elemet. Därmed är M() ett vektorrum. Mägde D() är ett delrum av M(). För att visa detta måste vi visa att D() är slutet uder additio och skalär multiplikatio och att det iehåller ollvektor. Det sista är klart eftersom ollmatrise har bara ollor utaför diagoale och därmed ligger i D(). Att D() är slutet uder additio och skalär multiplikatio följer också direkt frå defiitioera, lika som i (i). Därmed har vi visat att D() är ett delrum av M(). (iii) Mägde GL() uppfyller ite krave för att vara ett delrum i M(), eftersom både Id och Id ligger i GL() me ite Id + ( Id ), vilket är ollmatrise. (b) För e matris A M() skriver vi A = (a 1,..., a ) där a 1,..., a är kolovektorera. Då har vi isomorfisme T : M() R 2 give av a 1 T (A) =. Med adra ord, om E i,j beteckar elemetarmatrise som har 1 i i:te rad och j:te kolo och 0 aars, så formar de e bas och vi har T (E i,j ) = e (i 1)+j. Detta iebär att dim M() = 2. Vidare har vi e isomorfism S : D() R defiierad av S(B) = och därmed är dim D() =. Mägde GL() är iget vektorrum och har följaktige ige dimesio heller. (c) Betrakta avbildige Sp : M() R som give i tipset. Vi visar först att de är lijär. Det är klart att ollmatrise avbildas på olla. Om vidare A, B M() har vi Sp(A + B) = (a i,i + b i,i ) = a i,i + b i,i = Sp A + Sp B, a b 1,1. b,.,

och likadat Sp(λA) = (λa i,i = λ a i,i = λ Sp A. Avbildige Sp : M() R är alltså lijär, och därmed är Ra Sp och Ker Sp både vektorrum. Speciellt är V = Ker Sp ett vektorrum. (d) Vi har reda sett att Ra Sp = R. Med dimesiossatse följer u att dim V = dim Ker Sp = dim M() dim Ra Sp = 2 1. Avbildigsmatrise till Sp är e 1 2 matris, alltså e radvektor, som är give geom (1, 0,..., 0, 0, 1, 0,..., 0,..., 0,..., 0, 1) = e T }{{}}{{}}{{} (i 1)+i. Nollrummet till dea avbildigsmatris är givet av alla vektorer e j där j ite är lika med (i 1)+i för ågot i, samt alla vektorer e (i 1)+i e 2 för 1 i 1. I M() motsvarar dessa alla elemetärmatriser E i,j där j i samt alla matriser E i,i E,. 3 Uppgift 2. Låt T : R 3 R 3 vara avbildige som roterar e vektor rut vektor ( 12 ) med e vikel π/2, och därefter sträcker de roterade vektor lägs desamma 3 ( 12 ) vektor med e faktor 2. Då är T e lijär avbildig, och vi ska u kostruera 3 avbildigsmatrise till T. (a) Visa att B = {b 1, b 2, b 3 } = 1 2, 3 0, 1 5 3 1 3 är e bas för R 3. (b) I stadardbase, kostruera rotatiosmatrise rut x-axel. Kostruera också sträckigsmatrise med faktor 2 lägs x-axel. Vad är matrise som utför båda trasformatioer samtidigt? (c) Vad är då matrise A som beskrivs i iledige till uppgifte, i base B? Tips: Täk på hur stadardbasvektorer i del (b) motsvarar vektorer i base B. Du får aväda att basvektorera i B är ortogoala. (d) Bestäm basbytematrise frå stadardbase E = {e 1, e 2, e 3 } till base B, det vill säga, matrise P. Vad är då matrise för det iversa basbyte, alltså matrise P? (Täk efter ia du börjar räka.) (e) Matrise för avbildige T i stadardbase kostrueras u som följade: Först byter ma bas frå stadardbase till base B, se utför ma A, och slutlige byter ma tillbaka till stadardbase. Vilka är de ibladade matrisera? Vad blir resultatet? (f) (frivilligt) Bestämma egevektorer och egevärde, och tolka resultatet geometriskt.

4 Lösig. (a) E mägd av vektorer i R 3 är e bas om de är lijärt oberoede och späer upp R 3. Det är alltså det vi ska visa. Eligt de Stora Satse är e matris iverterbar om och edast om dess kolovektorer är lijärt oberoede, och då späer kolovektorera upp hela rummet R. Det räcker alltså att visa att matrise B = 1 3 1 2 0 5 3 1 3 är iverterbar. Eligt de Stora Satse är e matris iverterbar om och edast om det B 0. För att beräka det B utvecklar vi lägs de adra rade och får ( ) ( ) 3 1 1 3 det B = 2 det ( 5) 1 3 3 1 = 2(3 3 1 ( 1)) + 5(1 ( 1) 3 3) = 70 0. Med hjälp av de Stora Satse har vi alltså visat att vektorera i B är lijärt oberoede och späer upp R 3, vilket betyder att de bilder e bas. (b) Rotatio med vikel α i R 2 är give geom matrise ( ) cos α si α ; si α cos α rotatioe med π/2 krig x-axel i R 3 beskrivs alltså av matrise R = 0 0 1, där rotatiosplaet är yz-plaet och x-vektor staar kvar. Vidare ges skalerigsmatrise av S = 2 0 0. 0 0 1 Att utföra de två avbildigar i ordige motsvarar u matrispodukte av de två avbildigsmatrisera. Tillsammatagit får vi alltså avbildigsmatrise M = SR = 2 0 0 0 0 1. (c) Eftersom avbildige T påverkar basvektorera i B på precis samma sätt som matrise M påverkar stadardbasvektorer så är avbildigsmatrise [T ] B som beskriver avbildige T i base B idetisk med matrise M. (d) Eligt föreläsige består basbytematrise P av koordiatvektorera till basvektorera i B i stadardbase, alltså P = ([b 1] E, [b 2 ] E, [b 3 ] E ). Me base B är reda give i stadardkoordiater, och därför är P = B där B är matrise som defiierats i (a). De iversa basbytematrise är alltså de

iversa trasformatioe. För att beräka P = B 1 räkar vi 1 3 1 2 0 5 1 3 1 0 6 7 2 1 0 3 1 3 0 10 0 3 0 1 1 3 1 0 6 7 2 1 0 3/10 0 1/10 1 0 1 1/10 0 3/10 0 0 7 2/10 1 6/10 3/10 0 1/10 1 0 1 5/70 1/7 15/70 3/10 0 1/10. 0 0 1 2/70 1/7 6/70 De iversa basbytematrise är alltså P = 1/70 21 0 7. 2 10 6 (e) Avbildigsmatrise i stadardbase får vi u fram geom att först byta frå stadardbase till base B geom att aväda matrise P, se utföra matrise [T ] B som beskriver avbildige T i base B, och slutlige byta tillbaka till stadardbase med basbytematrise P. Svaret är alltså [T ] E = P [T ] B P = 1 3 1 2 0 5 2 0 0 0 0 1 (1/70) 21 0 7 3 1 3 2 10 6 = 1/70 2 1 3 25 50 5 4 5 0 21 0 7 = 1/70 85 40 95. 6 3 1 2 10 6 95 50 75 Lösige är alltså [T ] E = 1/14 5 10 1 17 8 19. 19 10 15 (f) Eftersom vektor b 1 skaleras med faktor 2, så är b 1 egevektor till [T ] E med egevärde 2. Vidare roteras b 2 -b 3 -plaet, me eftersom rotatioe ite har ågra egevektorer eller egevärde så är b 1 de eda egevektor. 5