MAT 1110 V-06: Løsningsforslag til Oblig 1



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

Utkast til løsningsforslag til eksamen i emnet MAT Lineær algebra Utan ansvar for feil og mangler Mandag 31. mai 2010, kl

Kapittel 1. Potensregning

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 7 Numerisk derivasjon

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

Tallet 0,04 kaller vi prosentfaktoren til 4 %. Prosentfaktoren til 7 % er 0,07, og prosentfaktoren til 12,5 % er 0,125.

Repetisjon: høydepunkter fra første del av MA1301-tallteori.

Forelesning 9 mandag den 15. september

Øving 4 Egenverdier og egenvektorer

Tiden går og alt forandres, selv om vi stopper klokka. Stoffet i dette kapittelet vil være en utømmelig kilde med tanke på eksamensoppgaver.

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-04

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

STATISTIKK FRA A TIL Å

Matriser og Kvadratiske Former

MAT1030 Forelesning 30

SKOLEEKSAMEN I. SOS4010 Kvalitativ metode. 19. oktober timer

er et er et heltall. For eksempel er 2, 3, 5, 7 og 11 primtall, mens 4 = 2 2, 6 = 2 3 og 15 = 3 5 er det ikke.

Fasit og løsningsforslag til Julekalenderen for mellomtrinnet

Uendelige rekker. Konvergens og konvergenskriterier

Innledning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

Legg merke til at at over de blå klossene er det flere kategorier av kommandoer i forskjellige farger, for eksempel

Institutt for Samfunnsøkonomi. Utlevering: Kl. 09:00 Innlevering: Kl. 14:00

NyGIV Regning som grunnleggende ferdighet

Hvordan møte kritikk?

Forelesning 28: Kompleksitetsteori

for opplæringen er at eleven skal kunne regne med forhold, prosent, prosentpoeng og vekst faktor

EKSAMEN RF5100, Lineær algebra

Mesteparten av kodingen av Donkey Kong skal du gjøre selv. Underveis vil du lære hvordan du lager et enkelt plattform-spill i Scratch.

PRIMTALL FRA A TIL Å

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Uttrykket 2 kaller vi en potens. Eksponenten 3 forteller hvor mange ganger vi skal multiplisere grunntallet 2 med seg selv. Dermed er ) ( 2) 2 2 4

Kap. 5 og Notat 2 Oppsummering

Lineær algebra-oppsummering

a) Ved avlesning på graf får man. Dermed er hastighet ved tid sekund lik.

Løsningsforslag: MAT 1110 Obligatorisk oppgave 2, V-12

Arbeidstid. Medlemsundersøkelse mai Oppdragsgiver: Utdanningsforbundet

Median: Det er 20 verdier. Median blir da gjennomsnittet av verdi nr. 10 og nr. 11. Begge disse verdiene er 2, så median er 2.

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

Preken 14. august s i treenighet Kapellan Elisabeth Lund. Tekst: Joh. 15, 13-17

Høgskolen i Telemark Avdeling for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL 22. mai 2008

Mer om likninger og ulikheter

Prosent. Det går likare no! Svein H. Torkildsen, NSMO

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 29/11-3/12

Kvikkbilde 8 x 6- transkripsjonen av samtalen

5 TIPS - FÅ RÅD TIL DET DU ØNSKER DEG

Veileder for bruk av LMG-kalender (for riktig legemiddelbruk i sykehjem)

ARBEIDSHEFTE I MATEMATIKK

LOGGBOK for. deltakere i praksis. Oppdag talentene dine

S1 Eksamen våren 2009 Løsning

MAT 1110: Bruk av redusert trappeform

Forord. Molde, august Per Kristian Rekdal. Copyright c Høyskolen i Molde, 2011.

Vekst av planteplankton - Skeletonema Costatum

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 5 Skript

MAT1030 Forelesning 28

Positiv og virkningsfull barneoppdragelse

Joly. Brukerdokumentasjon for gruppelærere

Eksamen MAT 1011 Matematikk 1P Va ren 2014

INF1000 Variable. Marit Nybakken 27. januar 2004

Obligatorisk oppgave 1 for INF1510 våren 2012

Nøkkelspørsmål til eller i etterkant av introduksjonsoppgaven:

Fysikkolympiaden 1. runde 26. oktober 6. november 2015

Obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

MA forelesning

Øving 2 Matrisealgebra

FASIT 1-5, ungdomsskole

Forberedelse til. Røyke slutt. Røyketelefonen

Studieretning: Allmenne, økonomiske og administrative fag

Brukerdokumentasjon Credit Card Clearing

MAT 1120: Obligatorisk oppgave 2, H-09

Terminprøve Sigma 1T Våren 2008 m a t e m a t i k k

Regelhefte for: Terninger (-9 til 10)

Det viktigste dataelementet som MATLAB benytter, er matriser, som også gjerne betegnes arrays.

Tyngdekraft og luftmotstand

Hypotesetesting. Notat til STK1110. Ørnulf Borgan Matematisk institutt Universitetet i Oslo. September 2007

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

Når tallene varierer.

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

MAT 1001, Høsten 2009 Oblig 2, Løsningsforslag

Kjærlighet og Grenser i Larvik

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Matriser. Løsningsforslag

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

ABC spillet Instruktør guide

Vårt sosiale ansvar når mobbing skjer

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

Mal for vurderingsbidrag

Under noen av oppgavene har jeg lagt inn et hint til hvordan dere kan går frem for å løse dem! Send meg en mail om dere finner noen feil!

Matematikk 2, 4MX25-10

Evaluering av kollokviegrupper i matematikk og programmering høsten jenter har svart på evalueringen

ORIENTERING OM RETTEN TIL

TMA4140 Diskret matematikk Høst 2011 Løsningsforslag Øving 7

DEL 1 Uten hjelpemidler

Matriseoperasjoner. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September 22, 2009

MAT1030 Diskret matematikk. Kompleksitetsteori. Forelesning 29: Kompleksitetsteori. Dag Normann KAPITTEL 13: Kompleksitetsteori. 7.

Kodestil i C++ Introduksjon. Navnekonvensjoner. Globale variabler. Simen Hagen

Labyrint Introduksjon Scratch Lærerveiledning. Steg 1: Hvordan styre figurer med piltastene

Transkript:

MAT V-6: Løsningsforslag til Oblig Oppgave : a) Antall sykler i stativet X rett før påfyllingen i måned n + er lik 4% av antall sykler i X måneden før, pluss % av antall sykler i Y måneden før, pluss % av antall sykler i Z måneden før, pluss 3% av antall sykler i U måneden før, dvs..4x n +.y n +.z n +.3u n. Ganger vi dette med.5 for å fange opp påfyllet, får vi x n+ =.46x n +.5y n +.5z n +.345u n De andre ligningene fremkommer på tilsvarende måte. b) Det er mange måter å organisere en slik m-fil på. Følgende forslag ligger tett opp til oppgaveteksten: function C=bysykler(a,b,c,d) %ber programmet returnere C når det %får input a,b,c,d x=[a]; %med disse linjene forteller vi y=[b]; %MATLAB at det i utgangspunktet er z=[c]; %a sykler i X, b i Y osv. u=[d]; for n=:49 %starter for-løkke x(n+)=.46*x(n)+.5*y(n)+.5*z(n)+.345*u(n); y(n+)=.23*x(n)+.46*y(n)+.23*z(n)+.23*u(n); z(n+)=.23*x(n)+.23*y(n)+.2875*z(n)+.23*u(n); u(n+)=.5*x(n)+.23*y(n)+.2875*z(n)+.23*u(n); end %avslutter for-løkke C=[x;y;z;u]; %lager en matrise med x som første rad, %y som andre osv. Rutinen returnerer %denne matrisen (se første linje) Man kan også lage en variant av programmet som returnerer x, y, z og u som vektorer: function [x,y,z,u]=bysykler(a,b,c,d) x=[a]; y=[b]; z=[c]; u=[d]; for n=:49 x(n+)=.46*x(n)+.5*y(n)+.5*z(n)+.345*u(n); y(n+)=.23*x(n)+.46*y(n)+.23*z(n)+.23*u(n); z(n+)=.23*x(n)+.23*y(n)+.2875*z(n)+.23*u(n); u(n+)=.5*x(n)+.23*y(n)+.2875*z(n)+.23*u(n); end c) Antar at vi har laget den første av m-filene ovenfor. For å tegne x, y, z, u i samme koordinatssystem kan vi da gi kommandoene: >>C=bysykler(,,,); %kjører m-filen med angitt input >> plot(c(,:)) %plotter x (første rad i C)

>> hold on %legger plottene i samme figur >> plot(c(2,:), r ) %plotter y i rødt >> plot(c(3,:), g ) %plotter z i grønt >> plot(c(4,:), y ) %plotter u i gult d) Planen er å erstatte C med en ny matrise D der hvert element i C er dividert med.7 n, og så tegne radene i D. Vi kan skrive: >> a=.7.^[:49] %lager en vektor med komponenter.7^(n-). >> E=[a;a;a;a]; %lager hjelpematrise E med alle linjer lik a >> D=C./E %deler komponentene i C på komponentene i E >> figure(2) %åpner et nytt plottevindu >> plot(d(,:)) %plotter følgen x_{n}/.7^{n-} >> hold on %legger plottene i samme figur >> plot(d(2,:), r ) %plotter følgen y_{n}/.7^{n-} i rødt >> plot(d(3,:), g ) %plotter følgen z_{n}/.7^{n-} i grønt >> plot(d(4,:), y ) %plotter følgen u_{n}/.7^{n-} i gult (De som er smarte og har kikket litt fremover i teksten, vil kanskje lagre denne rutinen som en m-fil for å kunne bruke den på nytt i neste punkt!) Plottene indikerer at følgene konvergerer mot konstante verdier. e) Kjør rutinen ovenfor på nytt. Det eneste du behøver å endre er input-verdiene for m-filen bysykler. Du må nå skrive >>C= bysykler(2,,,2). Figurene viser samme oppførsel som i stad. Ser du nærmere etter, vil du se at den prosentvise fordelingen av sykler mellom X, Y, Z og U konvergerer mot det samme som i punkt d). Det samme gjelder for andre (naturlige) startverdier. Kommentarer til oppgave : Oraklene melder at oppgave stort sett var bra løst, men det er et par punkter å kommentere på. I punkt b) er det unødvendig å skrive ut følgene x, x 2,..., x n osv. at MATLAB skal returnere disse følgene, betyr bare at programmet skal regne dem ut og lagre dem slik at de kan brukes i det videre arbeidet (det er selvfølgelig ikke galt å skrive dem ut, men det blir upraktisk og uoversiktelig når datamengdene blir store). Et viktigere punkt er at man bør navnsette outputen fra en m-fil på en fornuftig måte. Det er dumt bare å skrive >> bysykler(,,,) man bør skrive >> C=bysykler(,,,) eller >> [x,y,z,u]=bysykler(,,,) (avhengig av strukturen på output). Husk at selv om dere skriver function C=bysykler(a,b,c,d) inni m-filen, så gjelder ikke denne tilordningen i det vanlige MATLAB-vinduet (variabeltilordningene i en m-fil er lokale og gjelder ikke utenfor filen selv). 2

Oppgave 2 a) Vi ganger ut: 4 2 3 2 6 8 2 2 = 6 = 3 2 3 3 Dette viser at 2 er en egenvektor med egenverdi 3. b) Per definisjon av egenverdi har vi Av = λv, dvs. A v = λ v. Ganger vi begge sider av denne likheten med A, får vi A 2 v = A(λv) = λav = λ 2 v. Ganger vi begge sider av denne likheten med A, får vi A 3 v = A(λ 2 v) = λ 2 Av = λ 3 v. Ved å fortsette på denne måten, får vi A n = λ n v for alle naturlige tall n. (Jeg synes det er unødvendig å føre et formelt induksjonsbevis for noe som er så enkelt å gjennomskue.) c) Vi har A n w = A n (c v + c 2 v 2 + + c k v k ) der vi har brukt resultatet i punkt b). = c A n v + c 2 A n v 2 + + c k A n v k = c λ n v + c 2 λ n 2 v 2 + + c k λ n kv k d) Ifølge c) er A n w λ n = c v + c 2 λ n 2 λ n λ n k v 2 + + c k λ n v k Siden λ har større tallverdi enn de andre egenverdiene, vil λn 2 λ,..., λn n k λ n null når n. Dermed er A n w lim n λ n = c v gå mot Kommentar til oppgave 2: Ifølge oraklene var det litt mer blanda drops på denne oppgaven. Det er mange som ikke helt forstår forskjellen på matriser, vektorer og tall. Noen har for eksempel løst punkt b) ved å forkorte bort v i formelen Av = λv og dermed fått A = λ. Dette er åpenbart meningsløst (hvordan kan matrisen A være lik tallet λ?). Generelt kan man ikke forkorte bort vektorer når man forkorter, deler man egentlig med samme størrelse på begge sider av likhetstegnet, og det er ikke mulig å dele med en vektor. En annen ting som skiller matriser fra tall, er at matrisemultiplikasjon ikke er kommutativ. Skal man gange begge sider av en ligning med en matrise A (det er lov!), må man derfor passe på å gange på samme måte på begge sider; man kan ikke høyremultiplisere på den ene siden og venstremultiplisere på den andre! Hvis B = C, kan man altså slutte at AB = AC og at BA = CA (forutsatt at matrisedimensjonene stemmer), men ikke at AB=CA. Det er også viktig å passe på dimensjonene når man multipliserer en matrise og en vektor. Er v en søylevektor med n-komponenter og A en m n-matrise, så gir Av mening, mens va ikke gjør det! 3

Generelt var det mye dårlig føring på oppgave 2. Husk at å lære seg å formidle matematikk er en viktig del av en enhver matematikkutdannelse det er få jobber som består i å løse matematikkproblemer på en måte man bare forstår selv! Oppgave 3 a) At w n+ = Aw n, er bare en omskrivning av ligningssystemet i a). Bruker vi denne sammenhengen for n =, 2, 3 osv, får vi w 2 = Aw, w 3 = Aw 2 = A(Aw ) = A 2 w, w 4 = Aw 3 = A(A 2 w ) = A 3 w. Ved å fortsette på samme måten, får vi w n = A n w for alle naturlige tall n (før et skikkelig induksjonsbevis hvis du har lyst!) b) Legg A inn i MATLAB og gi kommandoen >> [V,D]=eig(A). MATLAB svarer med >> [V,D]=eig(A) V = -.4925 -.865 -.6528 -.77 -.5878.482.259 -. -.48. -.345. -.4248.482.745.77 D =.7.23.854.5 Søylene i V gir egenvektorer, mens tallene på diagonalen i D er de tilsvarende egenverdiene. Vi ser at den første egenverdien (.7) har størst tallverdi. c) Vi bruker at søylene i V danner en basis hvis og bare hvis den reduserte trappeformen er identitetsmatrisen I. Kommandoen >> rref(v) gir oss >> rref(v) ans = så egenvektorene danner en basis. d) Å skrive w som en lineærkombinasjon av basisvektorene er det samme som å løse ligningssystemet V x = w. Dette kan gjøres på flere måter, men den letteste er kanskje å bruke disse kommandoene: >> w=[;;;]; >> x=v\w 4

x = -2.97-43.2263-23.92 7.77 Vi har dermed at lineærkombinasjonen w = x v + x 2 v 2 + x 3 v 3 + x 4 v 4 er gitt ved: = 2.97 23.92.4925.5878.48.4248.6528.259.345.745 43.2263 + 7.77.865.482.482.77 77 Resultatet fra 2d) sier nå at A n w lim n λ n = x v = 2.97.4925.5878.48.4248 = 99.869 8.265 96.7933 85.4662 (At vi har n som eksponent og ikke n spiller selvfølgelig ingen rolle siden n går mot uendelig når n gjør det.) Legg merke til poenget (som lett drukner i alle tallene): I det lange løp er veksten i antall sykler bestemt av den største egenverdien λ, og den prosentvise fordelingen av sykler mellom de forskjellige stativene er bestemt av den tilhørende egenvektoren v. (Hvis du vil ha dette illustrert grafisk, kan du plotte følgene {99.869.7 n }, {8.265.7 n }, {96.7933.7 n } og {85.4662.7 n } i samme koordinatsystem som du brukte i c.) Starter vi med en annen verdi for w, vil de samme beregningene gjenta seg. Den eneste forskjellen er at vi ville få en annen x (dvs. at det totale antall sykler vil være annerledes, men vekstraten og fordelingen mellom stativene den samme). I prinsippet kan man gjøre de samme beregningene uansett hvor mange sykler og stativer man har, og da blir egenverdiberegninger meget tidsbesparende (ifølge http://www.oslosurf.com/innhold/85.shtml tar Oslo sikte på å ha 25 sykler i stativer, men den matrisen får noen andre taste inn!) Kommentar til oppgave 3: MATLAB-delen av denne oppgaven gikk rimelig greit, men det er få som hadde en god begrunnelse på punkt d). Det er litt synd, for det var dette punktet man egentlig skulle lære noe nytt av! 5