Løsningsforslag B = 1 3 A + B, AB, BA, AB BA, B 2, B 3 C + D, CD, DC, AC, CB. det(a), det(b)



Like dokumenter
Løsningsforslag C = B = 1 3 A + B, AB, BA, AB BA, B 2, B 3 C + D, CD, DC, AC, CB

DAFE ELFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Torsdag 26. mars 2015 Antall oppgaver:

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Torsdag 24. april 2014 før forelesningen Antall oppgaver: 9

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Høgskolen i Oslo og Akershus. c) Et annet likningssystem er gitt som. t Bestem parametrene s og t slik at likningssystemet blir inkonsistent.

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

Lineær Algebra og Vektorrom. Eivind Eriksen. Høgskolen i Oslo, Avdeling for Ingeniørutdanning

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

DAFE BYFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 1 Innleveringsfrist Fredag 22. januar :00 Antall oppgaver: 5.

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Matriser. Løsningsforslag

Forelesning 10 Cramers regel med anvendelser

Løsningsforslag. Innlevering i BYFE 1000 Oppgavesett 1 Innleveringsfrist: 10. oktober klokka 14:00 Antall oppgaver: 6. Oppgave 1

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Øving 2 Matrisealgebra

Innlevering i FORK Matematikk forkurs OsloMet Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Onsdag 14.november 2018 kl. 10:30 Antall oppgaver: 13

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

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

Løsningsforslag. a) i. b) (1 i) 2. e) 1 i 3 + i LF: a) Tallet er allerede på kartesisk form. På polar form er tallet gitt ved

Øving 4 Egenverdier og egenvektorer

DAFE ELFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Mandag 2. mars 2015 før forelesningen 10:30 Antall oppgaver: 17

Innlevering i matematikk Obligatorisk innlevering nr. 4 Innleveringsfrist: 21. januar 2010 kl Antall oppgaver: 4.

Finn volum og overateareal til følgende gurer. Tegn gjerne gurene.

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

Regneregler for determinanter

Forelesning 22 MA0003, Mandag 5/ Invertible matriser Lay: 2.2

Eksamensoppgavehefte 2. MAT1012 Matematikk 2: Mer lineær algebra

MAT Vår Oblig 1. Innleveringsfrist: Fredag 19.februar kl. 1430

Løsningsforslag til 1. obligatorisk oppgave i Diskret matematikk, høsten 2016

Lineær algebra-oppsummering

Innlevering FO929A - Matematikk forkurs HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Torsdag 25. oktober 2012 kl. 14:30 Antall oppgaver: 16

Matriser En matrise er en rektangulær oppstilling av tall og betegnes med en stor bokstav, f.eks. A, B, C,.. Eksempler:

Oppgaver som illustrerer alle teknikkene i 1.4 og 1.5

LØSNINGSFORSLAG. Skriv følgende komplekse tall både på kartesisk form som a + bi og på polar form som re iθ (r 0 og 0 θ < 2π). a) 2 + 3i.

Funksjoner og andregradsuttrykk

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

Lineære likningssystemer og matriser

Innlevering FO929A - Matematikk forkurs HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Fredag 14. november 2014 kl. 14 Antall oppgaver: 13

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

MAT1120 Repetisjon Kap. 1, 2 og 3

Høgskolen i Oslo og Akershus. x 1 +3x 2 +11x 3 = 6 2x 2 +8x 3 = 4 18x 1 +5x 2 +62x 3 = 40

Elementær Matriseteori

MAT1120 Plenumsregningen torsdag 26/8

Den krever at vi henter ned Maples plottekommandoer fra arkivet. Det gjør vi ved kommandoen

Høgskolen i Oslo og Akershus. 1 (x 2 + 1) 1/2 + x 1 2 (x2 + 1) 1/2 (x 2 + 1) = x 2x 2 x = = 3 ln x sin x

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

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 4 Innleveringsfrist Fredag 11. mars 2016 Antall oppgaver: Løsningsforslag

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

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

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

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

Løsningsforslag Øving 5 TMA4140 Diskret matematikk Høsten 2010

1 Gauss-Jordan metode

Løsningsforslag. og B =

: subs x = 2, f n x end do

Løsningsforslag AA6516 Matematikk 2MX Privatister 10. desember eksamensoppgaver.org

Eksamen MAT 1011 Matematikk 1P Høsten 2014

a) f(x) = 3 cos(2x 1) + 12 LF: Vi benytter (lineær) kjerneregel og får f (x) = (sin(7x + 1)) (sin( x) + x) sin(7x + 1)(sin( x) + x) ( sin(x) + x) 2 =

Repetisjon: Om avsn og kap. 3 i Lay

tma4110 Matematikk 3 Notater høsten 2018 Øystein Skartsæterhagen Morten Andreas Nome Paul Trygsland

UNIVERSITET I BERGEN

Lineær algebra. H. Fausk

Tema. Beskrivelse. Husk!

Manual for wxmaxima tilpasset R2

Finn volum og overateareal til følgende gurer. Tegn gjerne gurene.

Løsningsforslag øving 7

Eksamen matematikk S1 løsning

Løsningsforslag. og B =

Mer om kvadratiske matriser

Matematikk Øvingeoppgaver i numerikk leksjon 1 Å komme i gang

n=0 n=1 n + 1 Vi får derfor at summen er lik 1/2. c)

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

Innlevering Matematikk forkurs HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Onsdag 15. november 2017 kl 14:30 Antall oppgaver: 8

Tall og enheter. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

Obligatorisk innleveringsoppgave, løsning Lineær algebra, Våren 2006

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

MAT 110A - VÅR 2001 OBLIGATORISK OPPGAVESETT

Prøve i FO929A - Matematikk Dato: 15. november 2012 Hjelpemiddel: Kalkulator

Matematikk R1 Oversikt

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

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1201 Lineær algebra og geometri

Øving 3 Determinanter

Tallregning og algebra

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

Løsningsforslag øving 6

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 3 Funksjoner og plotting

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Mer om kvadratiske matriser

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

12 Projeksjon TMA4110 høsten 2018

1. Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = 2 1 A =

Lær å bruke Microsoft Mathematics, Matematikk-tillegget i Word og WordMat. Av Sigbjørn Hals

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

Løsningsforslag. 7(x + 1/2) 5 = 5/6. 7x = 5/ /2 = 5/6 + 3/2 = 14/6 = 7/3. Løsningen er x = 1/3. b) Finn alle x slik at 6x + 1 x = 5.

Bytte om to rader La Matlab generere en tilfeldig (4 4)-matrise med heltallige komponenter mellom 10 og 10 ved kommandoen Vi skal underske hva som skj

Lineær algebra. H. Fausk

Transkript:

Innlevering BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Fredag 05. februar 2016 kl 14:00 Antall oppgaver: 5 Løsningsforslag 1 Vi denerer noen matriser A [ 1 5 2 0 B [ 1 0 1 3 C [ 0 5 1 4 2 1 D 4 1 3 Regn ut følgende for hand (når uttrykkene eksisterer). Sjekk gjerne svarene ved å benytte matlab. A + B, AB, BA, AB BA, B 2, B 3 C + D, CD, DC, AC, CB A T, B T, C T, D T det(a), det(b) A 1, B 1, (A 1 ) 1, (AB) 1 A 1 B 1 Sjekk at B T A T (AB) T Forklare hvorfor dette er sant ikke bare for A og B ovenfor, men for alle matriser A og B slik at AB er denert. LF: A + B AB BA [ 0 5 3 3 [ 5 10 3 5 AB [ 6 15 2 0 [ B 2 1 0 4 9 [ 1 5 BA 5 5 B 3 [ 1 0 13 27 1

Vi har at C + D, DC og CB ikkje eksisterer. [ [ 2 20 5 6 CD AC 11 0 10 2 [ A T 1 2 5 0 B T [ 1 1 0 3 C T 0 4 5 2 1 1 D T [ 4 1 3 det(a) 10 det(b) 3 [ A 1 0 0.5 0.2 0.1 [ B 1 1 0 1/3 1/3 Vi har (A 1 ) 1 A (AB) 1 A 1 B 1 [ 1/6 1/3 0.1 1/6 Har har altså at (AB) 1 A 1 B 1 i eksempelet ovenfor. Derimot er (AB) 1 B 1 A 1 for alle A og B (hvor dette gir mening). Vi skal nå forklare hvorfor B T A T (AB) T La A bestå av m rade k-vektorer og la B beså av m søyle k-vektorer A r 1 r 2. r m B [ s 1 s 2 s m Da er element i, j i produktet AB skalarproduktet r i s j. De transponerte matrisene er A T [ r1 T r2 T rn T og B T s T 1 s T 2. s T n Element i, j i produktet B T A T er s T i r T j r j s i. Dette viser påstanden. 2

2 For hver av matrisene nedenfor nn den ekvivalente matrisen som er på redusert trappeform. Dere kan sjekke svaret dere kommer frem til ved å benytte kommandoen rref i matlab. Regn også ut determinantene (determinanter er tema for uke 37) til de kvadratiske matrisene. Hvis determinanten er ulik null skal dere også regne ut inversmatrisen. Dere kan sjekke svarene deres ved å bruke det() og inv() i matlab. Hva blir determinanten til matrisen i 1c) hvis dere regner den ut i matlab? Hvordan kan dette forklares? Vis utregningene deres. a) b) [ 3 4 5 6 [ 1 (1 i) 2i i c) d) 8 4 16 6 17 0 5 15 25 [ 12 4 19 2 0 3 1 5 0 2 LF: Matlab gir oss at determinanten til matrisen i c) er lik 2.4869 10 13. (Dette forutsetter at vi tar med mange desimaler. Skriv kommandoen format long for å få med ere desimaler enn det som er standard i matlb.) Determinanten skulle vært null. Dette kommer av unøyaktigheter når matlab regner ut determinanten. Matlab ser ut til å regne ut determinanten ved bruk av radoperasjoner. Utregningene for oppgave 2 og 3 er gjort for hånd. De ligger i egne pdf-ler. Nummereringen av oppgavene avviker litt fra det som vi benyttet på oppgavene her. Det ligger også ved LF til oppgaver vi ikke har hatt i dette obligsettet (men som har vært gitt tidligere). 3

3 Beskriv alle løsningene til likningssystemene nedenfor. a) [ 3 4 5 6 [ x y [ a b for parametre a og b. (Uttrykk x og y som funksjoner av a og b.) b) Her er et eksempel med komplekse tall (i 2 1) [ [ 1 (1 i) z 2i i w [ 1 i c) d) 8 4 16 6 17 0 5 15 25 for alle mulige verdier av parameteren a. [ 12 4 19 2 0 3 1 5 0 2 x y z x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 2 a 1 [ 2 0 4 a) Bestem alle polynomer q(x) av grad 4 eller lavere slik at Regn dette ut for hand. LF: La q( 2) 3 q( 1) 1 q(1) 2 q(2) 11. q(x) a 4 x 4 + a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 være et polynom av grad 4 eller mindre. Setter vi inn for x 2, 1, 1, 2 og krever at funksjonsverdiene skal være som ovenfor får vi re lineære likninger i de fem koesientene. Her er totalmatrisen til likningssystemet. 16 8 4 2 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 16 8 4 2 1 11 4

Vi trekker rad 2 fra rad 2 og rad 1 fra rad 4. Deretter ganges rad 3 og 4 med en halv 16 8 4 2 1 3 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1/2 0 4 0 1 0 2 Vi trekker 16 ganget rad 2 fra rad 1 0 8 12 14 15 13 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1/2 Vi legger nå til henholdsvis 1, 1 og 14 kopier av rad 4 til rad 3,2 og 1 0 8 12 0 15 13 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1/2 Nå legges 1 kopi av rad 3 til rad 2 og 8 kopier av rad 3 til rad 1. 0 0 12 0 15 17 1 0 1 0 1 3/2 0 1 0 0 0 1/2 Rad 1 ganges med 1/12 Deretter trekkes den fra rad 2 0 0 1 0 5/4 17/12 1 0 0 0 1/4 1/12 0 1 0 0 0 1/2 Bytter rad 1 og 2 og så rad 2 og 3 1 0 0 0 1/4 1/12 0 1 0 0 0 1/2 0 0 1 0 5/4 17/12 Matrisen er nå på redusert trappeform. Her blir det en én-parameter familie av løsninger (en linje av løsninger). Vi velger den ledende koesienten til polynomet, a 4, som den frie parameteren. Vi kaller den for enkelhets skuld bare for a. Da er a 0 4a 1/3. Videre er a 3 1/2, a 2 5a + 11/6 og a 1 0. 5

b) Bestem polynomet p(x) av grad 5 eller lavere slik at for i 1,..., 6 hvor p(x i ) y i x [1.234, 2.432, 0.542, 0.342, 2.003, 3.678 y [5.423, 6.423, 0.234, 4.078, 8.762, 3.543 Her skal dere benytte matlab. Vektorene med tallene ovenfor er tilgjengelige på nettsiden til kurset. Hvis dere vil kan dere også plotte polynomet og punktene. Transponering er gitt ved.. Elementvis multiplikasjon av vektorer (og matriser) er gitt ved.. LF: Vi lar p(x) a 5 x 5 + a 4 x 4 + a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 Setter vi enn de seks verdiene for x og tilhørende funksjonsverdi får vi x 5 1 x 4 1 x 3 1 x 2 1 x 1 1 a 5 y 1 x 5 2 x 4 2 x 3 2 x 2 2 x 2 1 a 4 y 2 x 5 3 x 4 3 x 3 3 x 2 3 x 3 1 a 3 x 5 4 x 4 4 x 3 4 x 2 4 x 4 1 a 2 y 3 y 4 x 5 5 x 4 5 x 3 5 x 2 5 x 5 1 a 1 y 5 x 5 6 x 4 6 x 3 6 x 2 6 x 6 1 a 0 y 6 Vi lager til 6 6-matrisen. Kolonnen lengst til venstre er ones(6, 1). Deretter har vi den transponerte av vektoren med x-verdier som dere har fått utdelt. La oss kalle denne søylevektoren v. De andre søylevektorene er elementvis potenser av denne vektoren. Vi kan elementvis multiplisere med v eller ta elmentvis potens, gitt ved komandoen. 3 hvor 3 kan erstattes med et annen naturlig tall som eksponent. Vi setter disse vektorene sammen til hele matrisen som følger [v. 5, v. 4, v. 3, v. 2, v, ones(6, 1) Vi nner koesientene til polynomet p ved å invertere matrisen og gange den med søylevektoren av y-verdier. Verdiene er (til re desimaler) a 5 0.1429 a 4 0.3740 a 3 0.7997 a 2 2.3909 a 1 3.7290 a 0 3.0459 Se vedlagt m-l. Der er også polynomet plottet sammen med de skes punktene som det skal gå gjennom. 6

5 En leilighet har re rom. Det er bare en leilighet i hver etasje. Vi ser bort fra varmetap til leiligheten over og under vår leilighet. Det står en ovn som avgir 900 W i rom 1. Anta at temperaturen ute er 5 C og at varmetapet utover, for hver av de re rommene, er proporsjonalt til temperaturdieransen med varmeoverføringskoesient 10W/ C. Mellom rommene er det ikke så godt isolert: Mellom rom 1 og 2 er varmeoverføringskoesienten 50W/ C, mellom rom 1 og 3 er koesienten 100W/ C, mellom rom 2 og 4 er koesienten 70W/ C, mellom rom 3 og 4 er koesienten 40W/ C. Temperaturen i rom 1 kan kalles T 1 etc. Varmetap er gitt ved temperaturdieranse ganget med varmeoverføringskoesienten. Regn ut temperaturen i de re rommene når temperaturen har stabilisert seg. OVN 900 W Rom 1 50 Rom 2 100 70 Rom 3 40 Rom 4 Hint: Sett opp et regnskap for varmetap for de re rommene og løs likningsystemet. For eksempel for rom 3 er total varmetap lik 0 derfor må 10(T ute T 3 ) + 100(T 1 T 3 ) + 40(T 4 T 3 ) 0. (Vi tar ikke med enhetene.) Dette er det samme som 100T 1 + 0 T 2 150T 3 + 40T 4 50. Et lignende men enklere eksempel er gjennomgått på forelseningen 3. september 2015. Det bør brukes regneverktøy for å løse oppgaven. Tenk over om svaret du får er rimelig. For eksempel hva er gjennomsnittstemperaturen til de re rommene? LF: Setter vi opp varmeregnskapet får vi matrisen. 0 70 40 120 T 1 100 0 150 40 T 2 50 130 0 70 T 3 160 50 100 0 T 4 7 50 50 50 850

Løsningen er T 1 21.5 C, T 2 15.8 C, T 3 17.9 C og T 4 14.8 C. Svaret virker rimelig. Vi sjekker også at det stemmer overens med en mye enklere beregning vi kan gjøre for gjennomsnittstemperaturen til leiligheten. Gjennomsnittemperaturen er 17.5 C (regnet ut fra mer nøyaktige temperaturer enn de gjenngitt ovenfor). Dette er som forventet siden totalt varmetap for de re rommene er 40W per grad Celsius og varmekilden er 900W. Varmetapsfaktoren er lik for de re rommene og varmetapet er proporsjonal til temperaturdieranse til utetemperaturen. Varmetapet er derfor lik (gjennomsnittstemperatur minus utetemperatur) ganget med 40W/ C. Dette er 900W som forventet. 6 Vi ser litt på stabiliteten til løsningene i et likningssytem. Små endringer i et likningssystem kan få store konsekvenser for løsningene. Her er et enkelt eksempel [ [ [ [ [ [ 1.000001 1 x 1 1.000001 1 x 1.000001 og 1 1 y 1 1 1 y 1 har løsning hennholdsvis [ 0 1 og En relativ endring på en milliontedel i ene tallet i likningssystemet får store konsekvenser for løsningenen. I dette tilfellet er determinanten til koesientmatrisen bare 10 6. Undersøk stabiliteten til likningssytemet [ 2.35643 1.34252 5.86695 3.34255 [ 1 0 [ x y [ 3.69895 9.20949 hvis vektoren [3.69895, 9.20949 endres litt. Prøv gjerne å gjerne å gjøre små endringer i koesientmatrisen også. En m-l er tilgjengelig. Hva observerer du? (Det er ikkje nødvendig å skrive så mye her.) LF: Vi observerer at små endringer i koesientene kan føre til store endringer i løsningene. I det siste eksempelet er det akkurat samme feneomen som gjør seg gjeldene som det er i det enkle systemet først i oppgaven. De to rad (eller kolonne) vektorene i matrisen er nesten parallelle. Så for å uttrykke vektorer ved hjelp av dem kan vi komme i en situasjon hvor små endringer i vektoren som skal beskrives krever helt forskjellige sammensettninger av de to basisvektorene. I det først eksempelet er de to vektorene som skal uttrykkes søylevektorene i matrisen. Slike fenomen må en være klar over kan oppstå når determinanten til en matrise er veldig liten i forhold til det en ville forvente utfra størrelsen på elementene i matrisen (en typisk størrelse opphøyet i dimensjonen til den kvadratiske matrisen.) I det siste eksempelet er determinanten bare 1.26... 10 5. Inversmatrisen er omtrentlig [ 2.649138102102673 1.064014266004960 10 5 4.649851397325777 1.867588666717866 8

Vektoren [3.69895, 9.20949 er valgt slik at den gir en vektor på størrelsesorden 1 når vi ganger med inversmatrisen. Svært små endringer i denne vektoren får derfor store følger. Legger vi til en tusendel i første koordinat endres vektoren med omtrent [ 265, 465. Det vi har sett her er at lineære likningssytem kan være ustabile. I mange lineære likningssytem kan vi forvente at en liten feil inn vil gi en liten feil ut, men vi kan være uheldig å få et ustabilt likningssystem. Dette skjer gjerne, som i eksemplene, det for hvor noen rader (eller kolonner) er nesten linært avhengige. 9