TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

Like dokumenter
TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

UNIVERSITET I BERGEN

MA1201/MA6201 Høsten 2016

EKSAMEN I MA1202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA1202/MA6202 VÅR 2010

Diagonalisering. Kapittel 10

Egenverdier og egenvektorer

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser høsten 2009.

Vektorrom. Kapittel 7. Hva kan vi gjøre med vektorer?

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

MA1201/MA6201 Høsten 2016

LO510D Lin.Alg. m/graf. anv. Våren 2005

Løsningsforslag øving 6

Lineær algebra-oppsummering

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

=cos. =cos 6 + i sin 5π 6 = =cos 2 + i sin 3π 2 = i.

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser våren 2009.

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

UNIVERSITETET I OSLO

7 Egenverdier og egenvektorer TMA4110 høsten 2018

6.4 Gram-Schmidt prosessen

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Lineærtransformasjoner

MAT Onsdag 7. april Lineær uavhengighet (forts. 1.8 Underrom av R n, nullrom, basis MAT Våren UiO. 7.

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

Lineær uavhengighet og basis

4.2 Nullrom, kolonnerom og lineære transformasjoner

Rang og Vektorrom. Magnus B. Botnan NTNU. 4. august, 2015

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

4.1 Vektorrom og underrom

Løsningsforslag øving 7

(3/2)R 2+R 3 R 1 +R 2,( 2)R 1 +R 3 ( 2)R 1 +R 4 6/5R 3 +R 4 1/5R 3

Basis, koordinatsystem og dimensjon

UNIVERSITETET I OSLO

GENERELLE VEKTORROM. Hittil har vi bare snakket om vektorrom av type

Universitetet i Agder Fakultetet for teknologi og realfag Institutt for matematiske fag. Eksamen MA desember Lykke til!

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

Vi skal koble diagonalisering av matriser sammen med ortogonalitet. Skal bl.a. se på

UNIVERSITETET I OSLO

MA1202/MA S løsningsskisse

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

Emne 9. Egenverdier og egenvektorer

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

UNIVERSITETET I OSLO

Løsning Eksamensrelevante oppgaver i ELE 3719 Matematikk Vektorer, matriser og lineær algebra Dato Februar Oppgave 1. (A) Vi leser av at

16 Ortogonal diagonalisering

= 3 11 = = 6 4 = 1.

4.1 Vektorrom og underrom

12 Projeksjon TMA4110 høsten 2018

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 13/4-16/4

Forelesning 14 Systemer av dierensiallikninger

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

R: 0, , = 6000 D : 0, , = 4000 La v n = angi fordelingen etter n år (dvs. a b n stemmer for R og

Diagonalizering. En n n matrise A sies å være diagonaliserbar hvis den er similær med en diagonalmatrise D. A = PDP 1

Kap. 7 Symmetriske matriser og kvadratiske former

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

4.1 Vektorrom og underrom

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadraters problemer

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

A 2 = PDP 1 PDP 1 = PD 2 P 1. og ved induksjon får vi. A k = PD k P 1. Kommentarer:

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

Lineære likningssystemer og matriser

Kapittel 3. Mer om egenverdier og egenvektorer. 3.1 Komplekse n-tupler og vektorer

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

UNIVERSITY OF OSLO. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Matlab-utskrift (1 side).

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

EKSAME SOPPGAVE MAT-1004 (BOKMÅL)

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

12 Diagonalisering av matriser og operatorer (Ch. 5.1, 5.2 og 8.5)

Vektorligninger. Kapittel 3. Vektorregning

Rom og lineæritet. Erik Bédos. Matematisk Institutt, UiO 2012.

Pensum i lineæralgebra inneholder disse punktene.

MAT 1110: Bruk av redusert trappeform

15 Hovedprinsippet for vektorrom med et indre produkt

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

Egenverdier for 2 2 matriser

4.1 Vektorrom og underrom

6.4 (og 6.7) Gram-Schmidt prosessen

EKSAMEN I MA1202 OG MA6202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

5.8 Iterative estimater på egenverdier

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

UNIVERSITETET I OSLO

4.4 Koordinatsystemer

MA1201, , Kandidatnummer:... Side 1 av 5. x =.

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

2 3 2 t der parameteren t kan være et vilkårlig reelt tall. i) Finn determinanten til M. M =

MAT3000/ Våren 2013 Obligatorisk oppgavesett nr. 2 Løsningsskisse

Transkript:

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side av 8 Løsningsforslag Oppgave Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: 2 2 2 4 2 6 2 4 2 6 2 2 Dette gir likningene og 2 2 4 2 6 7 2. x 7x 4 = x 2 + 2x + x 4 =. 5 5 5 2 4 2 6 2 Vi har altså to frie variabler; det finnes mange valg av parametrisering. Du kan for eksemepl velge x = s og x 4 = t som parametere. Dette gir løsningene 7 x = + 2 s + t for alle reelle tall s og t. u 2 Oppgave 2 Den ortogonale projeksjonen av u på v er: u u = v u v v v = 2 = 2 Vi skal ha u = u + u 2. Da får vi: u 2 u 2 = u u = = 2 v

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 2 av 8 Oppgave La 4 6 A = 2 6 være koeffisientmatrisen. Vi begynner med å finne egenverdiene og egenvektorene til A. Det karakteristiske polynomet er: 4 λ 6 4 λ 6 det(a λi ) = 2 λ = (2 λ) 6 λ 6 λ = (2 λ)(λ2 λ 24) Egenverdiene er altså løsningene av likningen (2 λ)(λ 2 λ 24) =. Det betyr at det er tre egenverdier: 2, 2 og 2. Vi finner en egenvektor som hører til egenverdien 2 ved å løse likningen (A 2I )x = : Løsningene er A 2I = 2 6 4 så vi kan for eksempel velge vektoren (,, ). 8 8 4 2 x = t for alle relle tall t, 8 2 Tilsvarende fremgangsmåte for 2 og 2 gir henholdsvis og. Til slutt setter vi inn i formelen for generell løsning: 8 2 y = c e 2t + c 2 e 2t + c e 2t.

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side av 8 Oppgave 4 Husk at determinanten ikke endrer seg dersom man legger til et multiplum av en rad til en annen, og determinanten multipliseres med dersom man bytter om på to rader: i i 4 i i 4 2i 4 + 7i i i 7i = 6i 2 + 2i 2 i 5i + i 4i + i 7 4i i i 4 i i 7i = + i 7 4i 5i = i ( + i) ( 5i) = 5 5i Oppgave 5 Informasjonen i oppgaven er essensielt en diagonalisering av matrisen. Vi har tre lineært uavhengige egenvektorer 2, og 2 4 8 med tilhørende egenverdier, og 2. Vi lager en matrise V = 2 2 4 8 med egenvektorene som kolonner, og en diagonalmatrise D = 2 med egenverdiene på diagonalen. Matrisen vi vil finne er da gitt ved diagonaliseringen V DV. For å kunne regne ut matrisen gjenstår det å finne inversen til V. Vi regner ut denne på vanlig

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 4 av 8 måte: 2 2 4 8 Vi leser av at inversen til V er: 2 2 2 6 2 2 6 V = 2 2 2 4 2 2 6 2 2 2 Nå kan vi regne ut matrisen vi skulle finne: 2 6 8 5 V DV = 2 4 2 = 8 2 6 7 2 2 Oppgave 6 Vi begynner med å gausseliminere matrisen: 5 5 5 5 5 5 2 8 6 2 4 2 8 6 Dette viser at vi har pivotelementer i første og andre kolonne. Det betyr at 5 2, 8 er en basis for kolonnerommet. Men denne basisen er ikke ortogonal (indreproduktet av de to vektorene er 8, ikke ). Vi ortogonaliserer den med Gram Schmidt-metoden: v = 2 u = v = 2 5 5 v 2 = 8 u 2 = v 2 u v 2 u u = 8 8 2 2 = 2 u 6 6 Nå har vi funnet en ortogonal basis (u, u 2 ) for kolonnerommet til matrisen.

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 5 av 8 Oppgave 7 Skriv B på elementform: b b 4 B = b 2 b 5 b b 6 Produktet AB kan nå uttrykkes ved b 4 b 4 b + 4b AB = b 2 2 b 5 = b 4 + 4b 6 2b b b + b 2 + b 2b 4 + b 5 + b 6 6 Vi ønsker å bestemme b i -ene slik at AB = I: [ b + 4b b 4 + 4b 6 Dette er fire likninger med seks ukjente: 2b + b 2 + b 2b 4 + b 5 + b 6 b + 4b = 2b + b 2 + b = b 4 + 4b 6 = 2b 4 + b 5 + b 6 = = Vi ser at b = t og b 6 = s er frie variabler. Multipliser andre og fjerde likning med, og bruk første likning for å eliminere b i andre likning; tredje likning for å eliminere b 4 i fjerde likning: b = 4t b 2 = 5t 2 b 4 = 4 s b 5 = 5s + (Du kan alternativt skrive opp totalmatrisen til systemet og radredusere.) Alle løsninger kan dermed parametriseres som ( 4t)/ 4s/ B = (5t 2)/ (5s + )/ t s der s og t er reelle tall. Men oppgaven spør bare etter én løsning. Vi kan for eksempel ta t og s lik null for og få følgende løsning: B = 2.

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 6 av 8 Vi vet at T (u), T (v) og T (w) er lineært uavhengige, hvor T er en lineær- Oppgave 8 transformasjon. Vi ønsker å vise at u, v og w er lineært uavhengige. Anta at de er lineært avhengige (for å vise at dette umulig kan stemme). Dette betyr per definisjon at det eksisterer koeffisienter a, b og c, ikke alle lik null, slik at Anvend T på begge sider for å få Vi vet at T er lineær som gir au + bv + cw =. T (au + bv + cw) = T (). at (u) + bt (v) + ct (w) =. Denne likningen betyr i så fall at T (u), T (v) og T (w) også er lineært avhengige. Men vi vet jo at de er lineært uavhengige antagelsen er altså umulig. Dermed må u, v og w være lineært uavhengige som er det vi ønsket å vise. Oppgave 9 Vi husker at vi har følgende tre kriterier for å sjekke om en gitt delmengde U av et vektorrom er et underrom:. Nullvektoren er med i U. 2. For alle vektorer u og v i U er også summen u + v med i U.. For alle vektorer u i U og alle skalarer c er også produktet cu med i U. Vi sjekker at disse tre kriteriene holder når U er mengden av symmetriske 2 2-matriser:. Nullvektoren altså matrisen [ er symmetrisk, så den er med i U.

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 7 av 8 2. Hvis a b M = b d og N = [ a b b d er symmetriske matriser, så er også summen [ a + a b + b M + N = b + b d + d en symmetrisk matrise.. Hvis a b M = b d er en symmetrisk matrise og c en skalar, så er også produktet ca cb cm = cb cd en symmetrisk matrise. Dette vil si at U er et underrom av M 2. Videre skal vi finne en basis for U. Vi ser at de tre matrisene B =, B 2 = og B = utspenner U, siden enhver symmetrisk matrise M = [ a b d b kan skrives som en lineærkombinasjon M = ab + bb 2 + db av disse. Matrisene B, B 2 og B er dessuten lineært uavhengige, siden likningen c B + c 2 B 2 + c B = ikke har andre løsninger enn den trivielle løsningen c = c 2 = c =. Dette vil si at (B, B 2, B ) er en basis for U. Basisen vi fant for U består av tre basisvektorer, så dimensjonen til U er. Vi kan lett sjekke at ( ),,, er en basis for M 2, og det betyr at dimensjonen til M 2 er 4.

TMA4 Eksamen høsten 28 EKSEMPEL Løsning Side 8 av 8 Oppgave Rangen til A er det samme som dimensjonen til kolonnerommet: r = dim Col A Dette betyr at kolonnerommet har en basis som består av r vektorer. La (b, b 2,..., b r ) være en slik basis, og la B = [ b b 2 b r være m r-matrisen med basisvektorene som kolonner. La a, a 2,..., a n være kolonnene i A. Hver kolonne a i ligger i kolonnerommet til A, så den kan skrives som en lineærkombinasjon a i = c i b + c i2 b 2 + + c ir b r av basisvektorene. Koeffisientene i dette uttrykket kan vi sette sammen til en vektor i R r. Da har vi: c i c i2 c i =. c ir c i a i = c i b + c i2 b 2 + + c ir b r = c i2 b b 2 b r. = Bc i c ir Nå har vi definert en vektor c i for hver kolonne a i fra A; det betyr at vi har definert n vektorer c, c 2,..., c n. Vi lager en r n-matrise C = [ c c 2 c n med disse vektorene som kolonner. Nå har vi funnet en m r-matrise B og en r n-matrise C, og vi har BC = [ Bc Bc 2 Bc n = [ a a 2 a n = A.