UNIVERSITETET I OSLO

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadraters problemer

6.4 Gram-Schmidt prosessen

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

UNIVERSITET I BERGEN

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

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

Kap. 7 Symmetriske matriser og kvadratiske former

MA1202/MA S løsningsskisse

EKSAMEN I MA1202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

6.4 (og 6.7) Gram-Schmidt prosessen

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

= 3 11 = = 6 4 = 1.

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

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

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

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

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

6.5 Minste kvadraters problemer

7.1 forts. Schur triangularisering og spektralteoremet

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

MAT1120 Oppgaver til plenumsregningen torsdag 25/9

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

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

EKSAMEN I MA1202 OG MA6202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Eksamensoppgave i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser

EKSAME SOPPGAVE MAT-1004 (BOKMÅL)

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Minste kvadraters løsning, Symmetriske matriser

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

Forelesning 14 Systemer av dierensiallikninger

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

UNIVERSITETET I OSLO

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

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

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

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

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

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

Lineær algebra-oppsummering

16 Ortogonal diagonalisering

Diagonalisering. Kapittel 10

Egenverdier for 2 2 matriser

Egenverdier og egenvektorer

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

6.8 Anvendelser av indreprodukter

Generelle teoremer og definisjoner MA1201 Lineær Algebra og Geometri - NTNU

Kap. 5 Egenverdier og egenvektorer

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

UNIVERSITETET I OSLO

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

MA1201/MA6201 Høsten 2016

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

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

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

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

EKSAMENSOPPGAVE. 4 (1+3) Det er 12 deloppgaver (1abc, 2abcd, 3abc, 4ab) Andrei Prasolov

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

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

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

5.8 Iterative estimater på egenverdier

UNIVERSITETET I OSLO

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

4.2 Nullrom, kolonnerom og lineære transformasjoner

Et forsøk på et oppslagsverk for TMA4145 Lineære metoder

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

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

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

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

Kap. 5 og Notat 2 Oppsummering

Notat2 - MAT Om matriserepresentasjoner av lineære avbildninger

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

4.1 Vektorrom og underrom

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

7 Egenverdier og egenvektorer TMA4110 høsten 2018

ELE Matematikk valgfag

6.6 Anvendelser på lineære modeller

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Institutt for Samfunnsøkonomi

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

MAT UiO. 10. mai Våren 2010 MAT 1012

Transkript:

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: MAT Lineær algebra Eksamensdag: Mandag,. desember 7. Tid for eksamen: 4. 8.. Oppgavesettet er på 8 sider. Vedlegg: Tillatte hjelpemidler: En Matlab-utskrift finnes bakerst i oppgavesettet. Ingen. Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Alle deloppgaver (a, b osv.) teller likt. Merk: Du kan henvise til Matlab-utskriften når du finner det hensiktsmessig. Oppgave La A = a Vis at x = er en egenvektor til A. Finn alle egenverdiene til A. Vi har Ax = = 4 4 = 4x. Dette viser at x er egenvektor med egenverdi 4. Vi har λ det(a λi) = λ = λ ( λ)( λ)( λ) ( λ) = ( λ)(( λ) ). Vi har ( λ) = λ = eller λ = 4, og vi ser at egenverdiene blir 4 (med multiplisitet ) og (med multiplisitet ). (Fortsettes på side.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side b Begrunn at A er ortogonalt diagonaliserbar. Bestem deretter en ortogonal matrise P og en diagonal matrise D som gir en ortogonal diagonalisering av A. A er symmetrisk derfor ortogonalt diagonaliserbar. Egenvektorer til λ = er løsninger av likningssystemet Vi får da x = x og Vi ser at {, x x x x + x = = x + x =. = x + x blir også en ortogonalbasis som sammen med } blir en basis for egenrommet til λ =. Dette av egenvektorer for R. Setter vi nå / / P = / /, gir en ortogonal basis er P en matrise med ortonormale kolonner som er egenvektorer for A og som danner en basis for R. Settes D = vil P og D da ortogonalt 4 diagonalisere A. c Betrakt den kvadratiske formen Q(x) = x + x + x + x x der x = (x, x, x ) R. Finn en ortogonal matrise P slik at variabelskifte x = P y transformerer Q(x) til en kvadratisk form uten kryssledd. Angi den nye kvadratiske formen og finn maksimum av Q(x) når x varierer gjennom alle x i enhetssfæren S = {x R : x = }. Vi ser at Q(x) = x T Ax så om vi setter x = P y der P er matrisen fra (b) over, så får vi (siden P og D digonaliser A) at Q(x) = y T Dy = y + y + 4y. Vi vet videre fra teorien at nå x varierer gjennom alle x med x = blir maksimum av Q(x) den største egenverdien til A altså lik 4. (Fortsettes på side.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side Oppgave La A være matrisen gitt ved A = La W = ColA være kolonnerommet til A. a Finn en ortonormal basis B for W. Finn en QR-faktorisering av A. Sett u = og u = v = u u v v v v =. Sett v = u og = {v, v } blir da en ortogonal basis for W. Setter vi w = v / v = (/ ) og w = v / v = (/ ) {w, w } bli en ortonormal basis for W., vil Vi har u = (u w )w = w og u = (u w )w + (u w )w = w + ( ) w. Vi setter nå Q = [w w ] = / / / / / og R = [ Vi har da A = QR og siden kolonnene til Q er en ortonormal basis for kolonnerommet til A og R er en øvre triangulær blir dette en QR faktorisering av A. b Sett y = 4 8. Beregn den ortogonale projeksjonen ŷ = Proj W (y) av y ned i W. Skriv y som en sum y = y + y der y W og y W. (Her betegner W det ortogonale komplementet til W.) Vi har ŷ = Proj W (y) = (y w )w +(y w )w = ( )w +( 6 )w = ]. 5 7 (Fortsettes på side 4.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side 4 Vi setter nå y = ŷ og y = y ŷ = y W og y W. c Vi får da y = y + y der Finn β og β slik at grafen til funksjonen y = f(x) = β + β x gir beste minste kvadraters tilpassing til måleresultatene (,.4), (,.), (,.8)..4 f( ) Sett u =..8 Finn feilvektoren ɛ = u f() f() [ ] β blir minste kvadraters løsning av likningen β [ β β ] [ β = A β ] = Dette blir igjen løsningen av likningen [ ] β A = Proj β W ((.)y) = (.) Likningsystemet over har utvidet matrise.4..8 5 7 = (.)y. =.5..7 rekkereduserer vi denne til redusert trappeform får vi gir β =. og β =...5..7 og.. ( Denne oppgaven kan også løses ved å løse normallikningen A T A. Dette [ β β ] = A T u, og om vi da bruker QR-faktoriseringen [ ] fra (a) vil normallikningen β redusere seg til å løse likningen R = Q β u.) f( ).5 Vi får da at f() f() =., og at.7 ɛ = Oppgave.4..8.5..7 =... = (.)y. La A = (Fortsettes på side 5.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side 5 Vis at er en egenverdi til A. Avgjør om A er diagonaliserbar. Vi har det(a λi) = λ λ λ = ( λ)( + λ)( + λ) 4( + λ) = ( + λ)( λ + λ + ). Vi har at λ + λ + = λ = eller λ =, spesielt blir en egenverdi. (For å vise dette separat er det nok å vise at det(a I) =.) Vi ser da λ = blir egenverdi med multiplisitet og λ = får multiplisitet. Det er da klart at R har en basis av egenvektorer for A hvis og bare hvis dimensjonen til egenrommet til er. Dvs. A er diagonaliserbar hvis og bare hvis dimensjonen til egenrommet til er. Egenvektorer til λ = er løsninger av likningssystemet Vi får da x = x og Vi ser at {, x x x 4x x = = x x =. = x + x } blir en basis for egenrommet til λ =, og dimensjonen til dette egenrommet er da så A blir diagonaliserbar. Oppgave 4 La P betegne vektorrommet som består av alle reelle polynomer av grad mindre enn eller lik i en reell variabel t. La B = {p, p, p } være standardbasisen for P, dvs p (t) =, p (t) = t og p (t) = t. Definer q, q, q P ved 4a q (t) = + t, q (t) = t + t, q (t) = t t. Begrunn at C = {q, q, q } er en basis for P. Finn basisskifte-matrisen, fra C til B, og finn den tilsvarende basisskifte-matrise P fra B til C. P B C C B Siden dim P = er det nok å vise at {q, q, q } er lineært uavhengig. La c q + c q + c q = ( her betyr det konstante polynomet som er lik ). (Fortsettes på side 6.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side 6 Dette gir oss c + (c + c + c )t + (c c )t = c p + (c + c + c )p + (c c )p =. Siden {p, p, p } er lineært uavhengig må Siden det c = c + c + c = c c = =, er koeffisientmatrisen til likningssystemet over invertibel og vi må derfor ha c = c = c = dvs. {q, q, q } er lineært uavhengig. Alternativt her kan en si at: [[q ] B [q ] B [q ] B ] = [S B ] = er invertibel og da følger det fra Notat at C er en basis. Vi har at P = [[q ] B [q ] B [q ] B ] = B C Fra MatLAB utskriften ser vi at / / / / / / Dette betyr at P = ( P C B B C ) = = = / / / / / / Definer en lineæravbildning T : P P ved at et polynom p P avbildes over i T (p), der (T (p) ) (t) = p() + tp (t). 4b Finn matrisen [T ] B for T relativt til B. Finn også matrisen [T ] C for T relativt til C. Vi har T (p ) =, T (p ) = + t og T (p ) = + t så vi får: [T ] B = [[T (p )] B [T (p )] B [T (p )] B ] = Vi har videre: [T ] C = P [T ] B P = C B B C (Fortsettes på side 7.) / / / / / / / / / / / / =

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side 7 4c Finn en egenvektor for [T ] B med egenverdi. Finn p P slik at T (p) = p. For å finne en slik egenvektor må vi løse likningen ([T ] B I)x =. Dvs. likningssystemet x +x + x = x =. = Dette gir x = x og x = så x = blir en slik egen egenvektor. Settes p = + t har vi [p] B = x, og vi får da [T (p)] B = [T ] B [p] B = [p] B så vi må ha T (p) = p. Lykke til! (Fortsettes på side 8.)

Eksamen i MAT, Mandag,. desember 7. Side 8 Matlab-utskrift. >> C C = -.5.5.5 -.5.5 -.5 >> rref(c) ans = -