MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 2

Like dokumenter
MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 3

MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 6

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

1 Gauss-Jordan metode

(a) R n defineres som mengden av kolonnevektorer. a 1 a 2. a n. (b) R n defineres som mengden av radvektorer

x 1 x 2 x = x n b 1 b 2 b = b m Det kan være vanskelig (beregningsmessig) og bearbeide utrykk som inneholder

10 Radrommet, kolonnerommet og nullrommet

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

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

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

Lineær uavhengighet og basis

6 Determinanter TMA4110 høsten 2018

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

4.1 Vektorrom og underrom

15 Hovedprinsippet for vektorrom med et indre produkt

Lineære likningssystemer og matriser

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

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

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

EKSAME SOPPGAVE MAT-1004 (BOKMÅL)

MAT1120 Repetisjon Kap. 1, 2 og 3

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

4.1 Vektorrom og underrom

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

4.2 Nullrom, kolonnerom og lineære transformasjoner

4.1 Vektorrom og underrom

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

4.1 Vektorrom og underrom

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

(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

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

Repetisjon: Om avsn og kap. 3 i Lay

4.4 Koordinatsystemer

EKSAMENSOPPGAVE. to A4 ark egne notater og Rottmanns tabeller. Kontaktperson under eksamen: Professor Andrei Prasolov. Telefon:

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Mer om kvadratiske matriser

Regneregler for determinanter

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

Determinanter til 2 2 og 3 3 matriser

Mer om kvadratiske matriser

Lineærtransformasjoner

16 Ortogonal diagonalisering

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

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

Forelesning 10 Cramers regel med anvendelser

Inverse matriser. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September, 2009

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

12 Lineære transformasjoner

I dette kapittelet skal vi studerer noen matematiske objekter som kalles matriser. Disse kan blant annet brukes for å løse lineære likningssystemer.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1201 Lineær algebra og geometri

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

4.4 Koordinatsystemer

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

Generelle teoremer og denisjoner MA1201 Lineær Algebra og Geometri - NTNU Lærebok: Anton, H. & Rorres, C.: Elementary Linear Algebra, 11.

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

Lineær algebra-oppsummering

Repetisjon: om avsn og kap. 3 i Lay

Obligatorisk innleveringsoppgave, løsning Lineær algebra, Våren 2006

Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

Kap. 7 Symmetriske matriser og kvadratiske former

Forelesning i Matte 3

5.8 Iterative estimater på egenverdier

UNIVERSITET I BERGEN

Elementær Matriseteori

Lineære ligningssystem og matriser

MA1201/MA6201 Høsten 2016

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

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.

UNIVERSITETET I OSLO

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 7 L SNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I SIF5009 MATEMATIKK 3 Bokmål Man

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA1202/MA6202 VÅR 2010

Løsningsforslag øving 6

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

Løsningsforslag øving 7

7.1 forts. Schur triangularisering og spektralteoremet

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

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

= 3 11 = = 6 4 = 1.

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

Basis, koordinatsystem og dimensjon

Determinanter. Kapittel 6. Determinanter for 2 2-matriser. La oss beregne arealet av dette parallellogrammet. Vi tegner på noen hjelpelinjer:

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadraters problemer

Notat2 - MAT Om matriserepresentasjoner av lineære avbildninger

EKSAMEN. 1 Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Trond Stølen Gustavsen. Klasser: (div) Dato: 24. mai 2004 Eksamenstid:

Obligatorisk oppgave nr1 MAT Lars Kristian Henriksen UiO

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

6.4 Gram-Schmidt prosessen

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

MA1201/MA6201 Høsten 2016

MAT1120. Obligatorisk oppgave 1 av 2. Torsdag 20. september 2018, klokken 14:30 i Devilry (devilry.ifi.uio.no).

Transkript:

MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 2 Contents 1 OPPGAVE 2 2 OPPGAVE 2 Eksempler 4.1 Oppgave 1............................... 4.2 Oppgave 2............................... 5 4 Formatering av svarene 8 4.1 Rasjonale tall............................. 8 4.2 Matriser og vektorer......................... 8 4. Tupler................................. 8 Merknader 1. Hver student får sin egen variant av obligen. Variantene er like vanskelige. 2. Før du leverer besvarelsen, les Seksjon 4 om hvordan du formaterer svarene.. Les gjerne eksemplene fra Seksjon. 1

1 OPPGAVE Beregn determinanten det A til en 4 4 matrise A som avhenger av en parameter λ. Determinanten det A blir da et polynom av grad 2: det A = F (λ) = f 0 + f 1 λ + f 2 λ 2. Du oppgir radvektoren i svaret. For eksempel, hvis [f 0, f 1, f 2 F (λ) = 17 + 5λ 2, vil svaret bli [-17,0,5. Hint: for å unngå divisjon med uttrykk som inneholder λ, flytt først alle radene med λ nedover. Bruk Gauss for å redusere matrisen til en blokktriangulær matrise (Kompendium, Definisjon 4.4) med blokkene 1 1, 1 1, og 2 2, og bruk Teorem 4.5. Det er mulig (men anbefales ikke!) å bruke én av kolonneoperasjoner (å bytte to kolonner for å flytte kolonnene med λ til høyre). Husk å endre fortegnet foran determinanten hvis du bytter to kolonner! 2 OPPGAVE Gitt 6 radvektorer v 1, v 2, v, v 4, w, u R 4. La V = span (v 1, v 2, v, v 4 ) R 4 være spennet av vektorene v i (the subspace spanned by v i ). a) Tuppelet G = (v 1, v 2, v, v 4 ) er lineært avhengig. Finn en ikke-triviell lineær kombinasjon av v i som er lik 0: a 1 v 1 + a 2 v 2 + a v + a 4 v 4 = 0. Svaret oppgis som en radvektor a = [ [ a 1 a 2 a a 4 0 0 0 0. For eksempel, hvis 1 2 v 1 + 0 v 2 4v + 11v 4 = 0, 2

vil svaret bli [1/2,0,-4,11. b) Beskriv w som en lineær kombinasjon av vektorene v i : w = d 1 v 1 + d 2 v 2 + d v + d 4 v 4. Svaret oppgis som en radvektor d = [ d 1 d 2 d d 4. c) Finn en basis G = (g 1, g 1,..., g k ) for underrommet V. Svaret oppgis som et k-tuppel (se Subseksjon 4.) av radvektorer. For eksempel, hvis svaret er G = ([ 1 1 0 0, [ 1 0 2 ), skal det skrives som ([1,-1,0,0,[1,0,2,). Legg merke til runde parenteser rundt tuppelet, kvadratparenteser rundt vektorene, kommaene mellom vektorene (slik betegnes et tuppel) og kommaene mellom koordinatene (fordi tuppelet består av radvektorer). d) Finn koordinatvektoren [u G = h = [ h 1 h 2... h k til vektoren u mht basisen G (the coordinate vector of u relative to the base G). Svaret oppgis som en radvektor. Hint: alle vektorer i oppgaven er skrevet som radvektorer. Det er lurt å konvertere (dvs. å transponere, beregne the transpose, Def. 1..7 i boka) noen av dem til kolonneform.

Eksempler.1 Oppgave 1 La A = 1 1 2 1 λ 4 1 1 5 λ 2 5 2 2 La oss beregne determinanten det A på den samme måten som i Eks. 4.2 i Kompendium. Vi skal unngå å dele med uttrykk med λ, og derfor flytter slike uttrykk nedover. Det er lurt også å flytte radene med ±1 oppover for å unngå brøker. Husk å sette minus foran determinanten når du bytter to rader. 1. det A = 1 1 2 1 λ 4 1 1 5 λ 2 5 2 2. (bytter rad nr. 1 og 2) = 1 λ 4 1 2. 1 1 2 1 5 λ 2 (setter felles multiplum 1 fra rad nr 1 foran de- 5 2 2 terminanten) = 1 λ 4 1. 1 1 2 1 5 λ 2 (bruker radoperasjon nr tre ganger) = 5 2 2 1 λ 4 1 4. 0 λ 1 1 5 0 0 5λ 18 7 Metode 1: Vi har allerede fått en øvre blokk-triangulær matrise med to blokker 1 1 og, derfor, i følge Teorem 4.5 fra Kompendium, er determinanten lik det A = 1 λ 1 1 5 5λ 18 7 = = ((λ 1) (λ 4) 7 + 1 ( 1) ( 5λ) + ( 5) ( λ 5) ( 18)) (( 5) (λ 4) ( 5λ) + ( 18) ( 1) (λ 1) + 1 ( λ 5) 7) = 4λ 2 + 6λ 48. Svaret som skal skrives i feltet for f, blir da [-48,6,-4. 4

Metode 2: Vi kan forenkle den siste determinanten ved å addere rad nr. 2 ganger 5 til rad nr. 1 og rad nr. 2 ganger 7 til rad nr.. Bytter deretter rader nr. 2 og : λ 1 1 5 5λ 18 7 = 8λ + 24 5λ 0 12λ 2 7λ 46 0 = 8λ + 24 5λ 0 12λ 2 7λ 46 0 Den siste matrisen er en nedre blokk-triangulær matrise med blokker 2 2 og 1 1, derfor er determinanten lik 8λ + 24 5λ 12λ 2 7λ 46 det [ 1 = ( 4λ 2 + 6λ 48 ) ( 1) = 4λ 2 +6λ 48. Merknad.1 Det er mulig å bruke kolonneoperasjoner for determinanter. Kolonneoperasjoner generelt anbefales ikke. La oss tillate kun denne operasjonen: bytt to kolonner og sett minus foran determinanten. Se Metode nedenfor: Metode : bytter kolonner nr. 1 og, og bruk radoperasjoner etterpå: λ 1 1 5 det A = 5λ 18 7 = 5 1 λ 1 1 λ 4 λ 5 7 18 5λ = 1 λ 4 λ 5 5 1 λ 1 7 18 5λ 1 λ 4 λ 5 = 0 5λ 8λ + 24 0 7λ 46 12λ 2 = ( 1) 5λ 8λ + 24 7λ 46 12λ 2 = 4λ2 + 6λ 48..2 Oppgave 2 Anta at v 1 = [ 8, v 2 = [ 6 18 11 6, v = [ 5 11 0 5, v 4 = [ 2 2 2, w = [ 0 0 5 0, u = [ 9 25 14 9. La oss sette vektorene som kolonner i en matrise [ A = (v 1 ) T (v 2 ) T (v ) T (v 4 ) T (w) T (u) T = T 8 6 18 11 6 = 5 11 0 5 2 2 2 = 0 0 5 0 9 25 14 9 8 18 11 2 0 25 11 0 5 14.. 5

La oss utføre Gauss-Jordan på denne siste matrisen. Vi prøver å unngå brøker så lenge som mulig! 8 18 11 2 0 25 11 0 5 14 Gauss r 2 r 2 + r 11 0 5 14 0 5 5 5 5 5 0 4 0 40 7 0 9 8 5 45 42 r r + 4r 2 r 4 r 4 + 9r 2 Jordan r 1 r 1 11r r 2 r 2 r 1 0 0 12 24 10 0 1 0 7 4 0 0 0 0 0 0 r 2 r 2 r 1 r r r 1 r 4 r 4 r 1 r 2 1 5 r 2 0 1 1 1 1 1. 11 0 5 14 0 9 8 5 45 42 0 4 0 40 7 0 9 8 5 45 42 1 15 0 81 50 0 1 0 7 4 0 0 0 0 0 0 = [ c 1 c 2 c c 4 y z. 0 1 1 1 1 1 0 4 0 40 7 0 9 8 5 45 42 r 4 r 4 r r 1 r 1 15r 2 r 1 r 2 r 2 r 2 r 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 Det er klart at c 4 = 12c 1 + c 2 4c, eller 12c 1 + c 2 4c c 4 = 0. I følge Teorem 6.1(1) fra Kompendium, er 12 (v 1 ) T + (v 2 ) T 4 (v ) T (v 4 ) T = 0, derfor Vi har funnet 12v 1 + v 2 4v v 4 = 0. a = [ a 1 a 2 a a 4 = [ 12 4 1, 6

og vi skal skrive [-12,,-4,-1 i feltet 2a. Siden y = 24c 1 + 7c 2 6c = 24c 1 + 7c 2 6c + 0c 4, er, i følge Teorem 6.1(2) fra Kompendium, og w = 24v 1 + 7v 2 6v + 0v 4, d = [ d 1 d 2 d d 4 = [ 24 7 6 0. Vi skal skrive [-24,7,-6,0 i feltet 2b. Det er klart at G = (c 1, c 2, c ) danner en basis for V = span (c 1, c 2, c ) = span (c 1, c 2, c, c 4 ). I følge Teorem 6.1(6) fra Kompendium, danner G = (v 1, v 2, v ) en basis for V = span (v 1, v 2, v, v 4 ) = span (v 1, v 2, v ). Vi skal da skrive ([,-8,,,[6,-18,11,6,[-5,11,0,-5) i feltet 2c. Endelig, siden z = 10c 1 + ( 4) c 2 + c, er, i følge Teorem 6.1(2), Koordinatvektoren er lik og vi skal skrive [10,-4, i feltet 2d. u = 10v 1 + ( 4) v 2 + v. (u) G = (z) G = [ 10 4, 7

4 Formatering av svarene 4.1 Rasjonale tall Alle tall i svarene er enten hele eller rasjonale. Hele tall skal skrives på vanlig måte som 120, 0, -22 osv. Rasjonale tall skal skrives slik: -2/ for 2, 45/17 for 45 17. Merknad. Tall på formen 7 2 11 eller 2 17 er ikke tillatt. Skriv -2/ eller 45/17 i stedet. 4.2 Matriser og vektorer De settes i kvadratiske parenteser. Radene (rows) er separert med semikoloner ; mens elementene i radene er separert med kommaer, for eksempel matrisen 1 2 11 4 0 5 4 5 0 11 1 5 2 2 skal skrives som [1,2,-/11,4;0,-5/4,5,0;11/5,,1/2,2, radvektoren (the row vector) [ 1 2 11 4 skal skrives som [1,2,-/11,4, og kolonnevektoren (the column vector) skal skrives som [1;0;11/5. Legg merke til semikoloner istedenfor kommaer! 4. Tupler 1 0 11 5 Tuplene settes i runde parenteser. Leddene separeres med kommaer. For eksempel, hvis en basis G for R 5 består av kolonnevektorer 1 6 11 1 17 2 G = (g 1, g 2, g, g 4, g 5 ) = 4, 7 8 9, 12 1 0, 1 1 1, 18 19 20, 5 0 0 1 0 8

er G et 5-tuppel, og skal skrives ned som ([1; 2; ; 4; 5, [6; 7; 8; 9; 0, [11; 12; 1; 0; 0, [1; 1; 1; 1; 1, [17; 18; 19; 20; 0) Merknad 4.1 Legg merke til at leddene i kolonnevektorene er separert med semikoloner, mens leddene i 5-tuppelet er separert med kommaer. Hvis vi betrakter R n som mengden av radvektorer, skal en basis også bestå av kolonner, f. eks. G = (g 1, g 2, g, g 4, g 5 ) = ([ 1 2 4, [ 6 7 8 9, [ 11 12 1 0, [ 1 1 1 1 ) er en basis for R 4. Denne basisen skal skrives ned som ([1, 2,, 4, [6, 7, 8, 9, [11, 12, 1, 0, [1, 1, 1, 1) Legg merke til kommaer som separerer både vektorer i tuppelet, og elementer i vektorer. 9