Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

Relaterede dokumenter
Tidligere Eksamensopgaver MM505 Lineær Algebra

Eksamen i Lineær Algebra. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet

Diagonalisering. Definition (diagonaliserbar)

Reeksamen i Lineær Algebra. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

Besvarelser til Lineær Algebra med Anvendelser Ordinær Eksamen 2016

Oversigt [LA] 11, 12, 13

Prøveeksamen A i Lineær Algebra

Reeksamen i Lineær Algebra

(Prøve)eksamen i Lineær Algebra

Eksamen i Lineær Algebra

Eksamen i Lineær Algebra

Egenværdier og egenvektorer

Eksamen i Lineær Algebra

Lineær Algebra eksamen, noter

Uge 11 Lille Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Det ortogonale komplement

Besvarelser til Lineær Algebra Reeksamen August 2016

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2018

Nøgleord og begreber Ortogonalt komplement Tømrerprincippet. [LA] 13 Ortogonal projektion

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Lineær Algebra

Eksamen i Lineær Algebra

Module 1: Lineære modeller og lineær algebra

Besvarelse af Eksamensopgaver Juni 2005 i Matematik H1

Eksamen i Lineær Algebra

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Eksamen i Lineær Algebra

Eksamen i Lineær Algebra

Lineær Algebra, TØ, hold MA3

Eksamen i Lineær Algebra

Løsninger til udvalgte Eksamensopgaver i Lineær Algebra Juni 2000 og Juni 2001.

Eksamen i Lineær Algebra

Lineær algebra: Egenværdier, egenvektorer, diagonalisering

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær Eksamen Juni 2017

2010 Matematik 2A hold 4 : Prøveeksamen juni 2010

Lineær Algebra - Beviser

Noter til Lineær Algebra

Reeksamen i Lineær Algebra

1 Vektorrum. MATEMATIK 3 LINEÆR ALGEBRA M. ANV. 4. oktober Miniprojekt: Lineær algebra på polynomier

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 7

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 6

Eksamen i Lineær Algebra

(Prøve)eksamen i Lineær Algebra

Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Definition 13.1 For en delmængde af vektorer X R n er det ortogonale komplement. v 2

DesignMat Uge 2. Preben Alsholm. Efterår Lineære afbildninger. Preben Alsholm. Lineære afbildninger. Eksempel 2 på lineær.

Lineær Algebra, kursusgang

Lineær Algebra F08, MØ

1 Vektorrum. MATEMATIK 3 LINEÆR ALGEBRA 6. oktober 2016 Miniprojekt: Lineær algebra på polynomier

Besvarelser til Lineær Algebra Ordinær eksamen - 6. Juni 2016

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Symmetriske matricer

Ekstremum for funktion af flere variable

Underrum - generaliserede linjer og planer

Lidt alment om vektorrum et papir som grundlag for diskussion

Lineær algebra 1. kursusgang

Affine rum. a 1 u 1 + a 2 u 2 + a 3 u 3 = a 1 u 1 + (1 a 1 )( u 2 + a 3. + a 3. u 3 ) 1 a 1. Da a 2

Ølopgaver i lineær algebra

Sylvesters kriterium. Nej, ikke mit kriterium. Sætning 9. Rasmus Sylvester Bryder

Eksamen i Lineær Algebra

DesignMat. Preben Alsholm. September Egenværdier og Egenvektorer. Preben Alsholm. Egenværdier og Egenvektorer

Vejledende besvarelse på august 2009-sættet 2. december 2009

DesignMat Uge 11 Lineære afbildninger

Eksempel på 2-timersprøve 2 Løsninger

x 2 + y 2 dx dy. f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) + 2 1) Angiv en ligning for tangentplanen til fladen z = f(x, y) i punktet

Symmetriske matricer. enote Skalarprodukt

Om første og anden fundamentalform

Nøgleord og begreber. Definition 15.1 Den lineære 1. ordens differentialligning er

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

LinAlg 2013 Q3. Tobias Brixen Mark Gottenborg Peder Detlefsen Troels Thorsen Mads Buch 2013

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

Matematik og FormLineære ligningssystemer

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Egenværdier og egenvektorer

Oversigt [LA] 10, 11; [S] 9.3

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) JANUAR 2006 AARHUS UNIVERSITET.. Beregn den retningsafledede D u f(0, 0).

Opgave nr. 1. Find det fjerde Taylorpolynomium. (nul). Opgave nr Lad der være givet et sædvanligt retvinklet koordinatsystem

6.1 Reelle Indre Produkter

Lineær algebra: Spænd. Lineær (u)afhængighed

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

Anvendt Lineær Algebra

Uge 6 Store Dag. Opgaver til OPGAVER 1. Opgave 1 Udregning af determinant. Håndregning Der er givet matricen A =

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Forelæsningsnote 8. (NB: Noten er ikke en del af pensum)

EKSAMEN Flerdimensional Analyse Sommer sider

LiA 5 Side 0. Lineær algebra Kursusgang 5

Definition. og lœngden, normen. og afstanden mellem vektorer a og b. Der gælder

3.1 Baser og dimension

MA TEMA TIK 1 LA, GAMMEL T PENSUM

Matematik og Form: Matrixmultiplikation. Regulære og singu

Figur. To ligninger i to ubekendte. Definition Ved m lineære ligninger med n ubekendte forstås. Definition 6.4 Givet ligningssystemet

Maj 2013 (alle opgaver og alle spørgsmål)

Calculus Uge

Oversigt [LA] 11, 12, 13

Biologisk model: Epidemi

Oversigt [LA] 1, 2, 3, [S] 9.1-3

Ekstremumsbestemmelse

Matematik: Stuktur og Form Lineære ligningssystemer

Matematik og Form 3. Rækkereduktion til reduceret echelonfo. Rang og nullitet

Transkript:

SYDDANSK UNIVERSITET ODENSE UNIVERSITET INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM2) Fredag d. 2. januar 22 kl. 9. 3. 4 timer med alle sædvanlige skriftlige hjælpemidler, inklusiv brug af lommeregnere og ikke støjende PC er. Opgavesættet består af 4 opgaver med henholdsvis 25, 3, 3 og 5 point. Fuld besvarelse svarer til point. Der lægges vægt på, at de benyttede metoder og sætninger fremgår af besvarelsen, og at svarene begrundes. Opnås resultater ved hjælp af lommeregner eller computer, bør dette oplyses i besvarelsen. I alle tilfælde skal alle mellemregninger angives. Bemærk, at senere delspørgsmål i en opgave nogle gange kan besvares uden at alle de tidligere spørgsmål er besvaret. Det er tilladt at bruge resultater fra tidligere delspørgsmål selvom disse ikke er besvaret.

Opgave (25 point) Lad V være underrummet i R 4 udspændt af v =, v 2 =, v 3 =. (a) Gør rede for, at v, v 2, v 3 er lineært uafhængige. Hvad er dimensionen af V? (b) Find ved Gram-Schmidt processen anvendt på v, v 2 en ortonormal basis u, u 2 for underrummet U af V udspændt af v og v 2. Dette skal gøres med hensyn til det sædvanlige indre produkt på R 4 givet ved x, y = x T y = 4 x i y i, i= for vektorer x = (x, x 2, x 3, x 4 ) T, y = (y, y 2, y 3, y 4 ) T. (c) Find projektionen p af v 3 til U. (d) Find en basis for det ortogonale komplement U til U i R 4, altså for U = {y R 4 : y, x = for alle x U} Løsning til Opgave Opgave (a) kan angribes på flere måder: En er direkte fra definitionen (side 47): Sæt c c 2 = c v + c 2 v 2 + c 3 v 3 = c 3 c 2 c + c 3. c Heraf ses, = c = c 2 = c 3. 2

Opgave (b) kan regnes således: u := v v = 3, u 2 = v 2 v 2, u u (v 2 v 2, u u ) = v 2 v 2, u u + 3 = 5 I opgave (c) er projektionen 2 3, p = v 3, u u + v 3, u 2 u 2 2 = 3 2 3 5 3 = 2 5. Dette kan nu anvendes i opgave (d) idet v 3 p er ortogonal til U (Sætning 5.5.7), så den ene basis vektor for U kan altså vælges til at være 3 w = v 3 p = 3 5 4 3

Den sidste skal nu vælges. Et valg er at starte med y = (,,, ), som jo automatisk er ortogonal på v og fratrække projektionen til v 2 : w 2 = yt v 2 v 2 2 = 2. 4 Opgavesættet fortsættes...

Opgave 2 (3 point) Lad A være matricen A = a b c. 2 (a) Gør rede for, at A er række-ækvivalent til matricen a b b c a. a 3b (b) Bestem nulrummet N(A) for A, når a = 3b = c. Find, med andre ord samtlige løsninger til den homogene ligning Ax =, hvor x = (x, x 2, x 3 ) T R 3 under antagelsen a = 3b = c. (c) Sæt nu a =, b =, c = og beregn nulrummet N(A T ) for A T. (d) Er det lineære system givet ved Ax = y konsistent, når a =, b =, c = og y = (,,, ) T? Løsning til Opgave 2 Til opgave (2a): a b c 2 R R 2 R R 3 R R 3 a b b c a 2 R 4+R 2R 2 R 4 a b b c a. a 3b I opgave (2b) bliver echelon-formen for matricen A med a = 3b = c 2b b. 5

Nulrummet er så givet ved N(A) = {x = (x, x 2, x 3 ) T : Ax = } = {(2bα, bα, α) T : α R}. I opgave (2c) er a =, b =, c = så A T = 2... Heraf ses, at nulrummet er N(A T ) = {(α, α, ) T : α R}. I det sidste delspørgsmål (2d) er det meningen, at Sætning 3.6.2 og Sætning 5.2. kan anvendes: Vektoren y = (,,, ) T N(A T ) er ortogonal på R(A) = N(A T ) og derfor er ligningen Ax = y inkonsistent. 6 Opgavesættet fortsættes...

Opgave 3 (3 point) Lad V være vektorrummet, som består af polynomier af grad mindre end eller lig med to. Altså, V = {a + a x + a 2 x 2 : a, a, a 2 R}. Betragt afbildningen Q: V V givet ved fire reelle tal q, q 2, q 3, q 4 R og forskriften Q(p) = (q x + q 2 )p (x) + q 3 p(x) + q 4 for alle p V. (a) Vis, at Q er en lineær afbildning hvis og kun hvis q 4 =. Bemærk: I resten af opgaven sættes q 4 =. (b) Den ordnede mængde E = [, x, x 2 ] udgør en basis for V. (Dette skal ikke vises). Gør rede for at matricen B = [Q] E E for Q med hensyn til basen E er q 3 q 2 B = q + q 3 2q 2. 2q + q 3 (c) Lad nu F = [ x, x x 2, x 2 ]. Da er F en anden basis for V (dette skal heller ikke vises). Beregn overgangsmatricen S = [I] E F og matricen C = [Q] E F for Q givet ved baserne E henholdsvis F. (d) Beregn determinanten for C. Løsning til Opgave 3 I delspørgsmål (3a) kan først observeres, at Q() = q 4. Da en lineær afbildning L altid opfylder L() = kan vi konkludere, at hvis Q er lineær, da er q 4 =. Omvendt: Hvis q 4 =, da er Q(αp + βr) = (q x + q 2 )(αp + βr) (x) + q 3 (αp + βr)(x) = α ((q x + q 2 )p (x) + q 3 p(x)) + β ((q x + q 2 )r (x) + q 3 r(x)) = αq(p) + βq(r), 7

for alle α, β R og p, r V, så Q er lineær. I opgave (3b) findes matricen for Q ved at regne koordinaterne [Q()] E, [Q(x)] E og [Q(x 2 )] E for Q anvendt på de tre basisvektorer og indsætte resultatet som søjler i B: Q() = q 3, Q(x) = q x + q 2 + q 3 x, Q(x 2 ) = 2x(q x + q 2 ) + q 3 x 2, og derfor q 3 q 2 [Q()] E =, [Q(x)] E = q + q 3, [Q(x 2 )] E = 2q 2. 2q + q 3 ved at udtrykke basisvek- I opgave (3c) regnes overgangsmatricen S = [I] E F torerne i E ved F : [] F = [( x) + (x x 2 ) + x 2 ] F = (,, ) T, [x] F = [(x x 2 ) + x 2 ] F = (,, ) T, [x 2 ] F = (,, ) T, så S = [I] E F =. Nu kan matricen C beregnes ved følgende formel q 3 q 2 C = [Q] E F = [I] E F [Q] E E = SB = q 3 q + q 2 + q 3 2q 2. q 3 q + q 2 + q 3 2(q + q 2 ) + q 3 Idéen i den sidste delopgaven er, at man kan bruge Sætning 2.2.3 og Sætning 2..3 til at konkludere det C = det S det B = det B = q 3 (q + q 3 )(2q + q 3 ). 8 Opgavesættet fortsættes...

Opgave 4 (5 point) Lad A være matricen A = ( ) 4 3/2 4 (a) Find egenværdier og egenvektorer for A. (b) Find en matrix X, så D = XAX er diagonal. (c) Beregn A 3. Løsning til Opgave 4 Til opgave (4a) har vi: 4 λ 6 λ = λ2 3λ + 2, som har løsninger λ =, λ 2 = 2. De tilhørende egenvektorer fås fra de homogene ligninger svarende til ( ) ( ) 3 3/2 2 3/2 A =, A 4 2 2 = 4 3 med løsninger x = (, 2) T, x 2 = (3, 4) T. Ovenstående giver i (4b): og derfor X = ( ) 3 2 4 I (4c) beregnes A 3 ved ( ) 3 A 3 = X X = 2 2 X = 2 ( 3 2 4 ( ) 4 3 2 ) ( ) ( ) 4 3 = 8 2 ( ) 22 2/2. 28 3 9