Μια Εισαγωγή στη Γραμμική Άλγεβρα για τις Θετικές Επιστήμες

Λύσεις και Υποδείξεις Επιλεγμένων Ασκήσεων

1.1

  1. 1

    i)
    [111012-102300].

  2. 2

    ii)
    x3=0x2+x4+3⁢x5=23⁢x2=1.

    Λύνοντας ως προς x2 και στη συνέχεια ως προς x4, βρίσκουμε ότι η γενική λύση του συστήματος είναι η 5άδα (x1,1/3,0,5/3-x5,x5) όπου s,t∈ℝ. Επομένως το σύνολο των λύσεων είναι

    {(s,13,0,53-t,t):s,t∈ℝ}.
  3. 3

    To σύνολο των λύσεων είναι ολόκληρος o ℝ4.

1.2

  1. 1

    Υπάρχουν ακριβώς δύο τέτοιοι πίνακες.

  2. 2
    [0000],[1001],[1a00], όπου ⁢a∈ℂ.
  3. 3
    [000000],[100010],[100a00], όπου ⁢a∈ℂ.
  4. 4

    rank⁡A2=2 αφού η ελαττωμένη κλιμακωτή μορφή γραμμών του A2 είναι o πίνακας [120-500120000].

1.3

  1. 1

    H ελαττωμένη κλιμακωτή μορφή γραμμών του επαυξημένου πίνακα των τεσσάρων συστημάτων είναι o πίνακας

    [1030002⁢a-b01-2011b-a0000-30c-a-b].

    Επομένως, το σύνολο λύσεων του πρώτου συστήματος είναι το {(-3⁢t,2⁢t,t):t∈ℝ}, το δεύτερο σύστημα δεν είναι συμβατό, το σύνολο λύσεων του τρίτου συστήματος είναι το {(-3⁢t,2⁢t+1,t):t∈ℝ}. Για να είναι το τέταρτο σύστημα συμβατό πρέπει c-a-b=0.

  2. 2

    Οι ελεύθερες μεταβλητές είναι oi x3, x4. To σύνολο λύσεων του συστήματος είναι το

    {(1-15t-s,25t+s,t,s,1):t,s∈ℝ}={(1,0,0,0,1)+t(-15,25,1,0,0)+s(-1,1,0,1,0):t,s∈ℝ}.
  3. 3

    a=-2.

  4. 5

    To σύνολο λύσεων του ομογενούς συστήματος είναι το {t⁢(1,1,1,2)+s⁢(0,1,2,1):t,s∈ℂ}.

1.4

  1. 1

    Απαλείφοντας το t βρίσκουμε ότι y-2⁢x-2=0

  2. 2

    H ελαττωμένη κλιμακωτή μορφή του αντίστοιχου συστήματος είναι

    [10132301-23-13].

    Άρα το επίπεδο περιγράφεται ως το σύνολο

    {(23,-13,0)+t⁢(-13,23,1):t∈ℝ}.
  3. 3

    3⁢y-2⁢z=0

  4. 4

    Όλα τα επίπεδα της μορφής a⁢x+b⁢y+a⁢z=0 περνούν από τα τρία αυτά σημεία, για a,b∈ℝ που δεν είναι ταυτόχρονα μηδέν. Γεωμετρικά, αυτό συμβαίνει γιατί τα τρία σημεία ανήκουν στην ίδια ευθεία. H εξίσωση της ευθείας είναι {t⁢(1,0,1):t∈ℝ}.

1.5

  1. 1

    H καμπύλη y=-3-2⁢x+x2 διέρχεται από τα δοθέντα σημεία.

  2. 2

    H καμπύλη y=2-x2+x3 διέρχεται από τα δοθέντα σημεία.

  3. 3

    H καμπύλη y=2+2⁢a⁢x-(1+a)⁢x2+(1-2⁢a)⁢x3+a⁢x4 διέρχεται από τα δοθέντα σημεία. Είναι τετάρτου βαθμού, για κάθε a≠0.

2.1

  1. 1

    1. (a)

      [9202428]

    2. (b)

      [3104]

  2. 2

    A3=[0a⁢(a2+b2-c2)b⁢(a2+b⁢2-c2)a⁢(a2+b2+c2)0-c⁢(a2+b2+c2)b⁢(a2+b2+c2)c⁢(a2+b2+c2)  0]

  3. 3
    1. (a)

      [a00d]

    2. (b)

      [a00d]

    3. (c)

      [ab0a]

  4. 4

    Παρατηρούμε ότι

    A=A+AT2+A-AT2.

    O A+AT είναι συμμετρικός πίνακας ενώ ο A-AT είναι αντισυμμετρικός πίνακας.

  5. 5

    Για n=1, η πρόταση ισχύει. Έστω ότι ισχύει για n=k. Θα αποδείξουμε ότι ισχύει για n=k+1. Αφού A1⁢⋯⁢Ak+1=(A1⁢⋯⁢Ak)⁢Ak+1, από την υπόθεση της μαθηματικής επαγωγής A1⁢⋯⁢Ak είναι κάτω τριγωνικός. Αρκεί, λοιπόν, να αποδείξουμε ότι το γινόμενο δύο κάτω τριγωνικών πινάκων είναι κάτω τριγωνικός. Έστω A, B δύο κάτω τριγωνικοί πίνακες, A⁢B=(ci⁢j). Τότε ci⁢j=ai⁢1⁢b1⁢j+⋯+ai⁢m⁢bm⁢j. Θα αποδείξουμε ότι τα στοιχεία επάνω από την κύρια διαγώνιο του A⁢B είναι ίσα με μηδέν. Έστω ότι j>i. Αν k≤i, τότε k<j και bk⁢j=0, άρα ai⁢k⁢bk⁢j=0. Αν k>i, τότε ai⁢k=0 και ai⁢k⁢bk⁢j=0. Επομένως ci⁢j=0 είναι μηδέν, για j>i και A⁢B είναι κάτω τριγωνικός.

2.2

  1. 1

    (Ei+a⋅j)-1=Ei-a⋅j, (Ei↔j)-1=Ei↔j, (Eb⋅i)-1=Eb⋅i.

  2. 2
    A-1=12⁢[3-1-42],B-1=13⁢[333-1-12-5-24],C-1=16⁢[12-6-3-221-422].
  3. 3
    X1=A-1⁢[10]=(3/2-2).
  4. 4

    A2+2⁢A=I+n⇒A⁢(A+2⁢In)=(A+2⁢In)⁢A=In⇒A-1=A+2⁢In. Ομοίως B-1=-1/3⁢(2⁢B2+4⁢B-2⁢In)

2.3

  1. 1

    a1=-2, a2=3+3⁢i. Για την ορίζουσα a3 να χρησιμοποιήσετε πράξεις γραμμών για να φέρετε τον πίνακα σε άνω τριγωνική μορφή: a3=90. Για την a4 να χρησιμοποιήσετε την ανάπτυξη της ορίσουσας ως προς την τέταρτη γραμμή: a4=-72.

  2. 2

    Για την ορίζουσα b1 παρατηρείστε ότι o πίνακας είναι μπλοκ 3×3 πινάκων: b1=6. Για την ορίζουσα b2 παρατηρείστε ότι an αντιμεταθέσετε δύο στήλες, o πίνακας γίνεται μπλοκ πινάκων: b2=2.

  3. 3

    Να χρησιμοποιήσετε επαγωγή ως προς n.

  4. 4

    Αφού A είναι 5×5, έπεται ότι det⁡(2⁢A)=25⁢det⁡A. Επομένως det⁡2⁢A=32⁢i. Επίσης, αφού det⁡adj⁡(A)⁢det⁡A=(det⁡A)5 βρίσκουμε ότι det⁡(adj⁡(A))=1.

  5. 5

    A=-AT⇒det⁡A=(-1)n⁢det⁡A⇒det⁡A=0

  6. 6

    Αν ai=aj για i≠j, τότε η ορίζουσα είναι μηδέν. Διαφορετικά, να χρησιμοποιήσετε επαγωγή ως προς n. Για το επαγωγικό βήμα (n=k+1), να χρησιμοποιήσετε πράξεις γραμμών για να μηδενίσετε τα στοιχεία της πρώτης στήλης στις γραμμές 2,…,k+1, στη συνέχεια να αναπτύξετε κατά τα στοιχεία της πρώτης στήλης και κατόπιν να διαιρέσετε την i γραμμή me ai-a1, για i=2,…,k+1.

  7. 7

    ;i x1=2/7, x2=37/7, x3=18/7.

2.4

  1. 2

    Οι λύσεις του συστήματος AT⁢X=𝟎 δίνουν το σύνολο

    {t⁢(1,-1,1,0,0,0)+s⁢(-1,0,0,-1,1,0)+r⁢(0,1,0,1,0,1):t,s,r∈ℝ}.

    Για παράδειγμα, (1,-1,1,0,0,0) δηλώνει την κυκλική διαδρομή που χρησιμοποιεί τις ακμές 1,3 κατά την φορά τους και την ακμή 2 με αντίθετη φορά.

  2. 3

    Εφαρμόστε τον κανόνα του Cramer, χρησιμοποιώντας την τιμή της ορίζουσας του Vanermonde.

  3. 4

    O n×(n+1) πίνακας A των συντελεστών του συστήματος που πρέπει να επιλυθεί για να βρεθούν οι συντελεστές a0,…,an της καμπύλης y=a0+a1⁢x+⋯+an⁢xn, περιέχει ως υποπίνακα τον πίνακα του Vanermonde. Αφού rank⁡A=n, έπεται ότι το σύστημα είναι συμβατό και έχει μία ελεύθερη μεταβλητή. Άρα έχει άπειρες λύσεις.

  4. 5

    Y=[1/332/3]T, X=[-166/2157/212/21]T.

  5. 6

    Θα πρέπει να είναι πολλαπλάσιο του πίνακα [313236]T.


3.1

  1. 1

    H L δίνεται από την εξίσωση y=2 και δεν είναι υποχώρος του ℝ2. H L′ δίνεται από την εξίσωση y-2⁢x=0 και είναι υποχώρος του ℝ2.

  2. 2

    Τα σημεία (0,0,0) (k=t=0), (1,0,1) (k=0,t=1) και (1,1,1) (k=1,t=0) ανήκουν στο E1. Λύνουμε το σύστημα -d=0,a+b+c-d=0,a+c-d=0. To E1 περιγράφεται από την εξίσωση z-x=0 και είναι υποχώρος του ℝ3. To E2 δεν είναι υποχώρος του ℝ3. Παρατηρείστε ότι E3=E1.

  3. 3

    2

  4. 4

    Μετακινούμε το παραλληλόγραμμα οριζόντια και κάθετα κατά 1 μονάδα. To εμβαδόν του παραλληλογράμμου (0,0), (1,2), (0,4), (1,6) υπολογίζεται από την Πρόταση 3.1.2.

  5. 5

    6.

3.2

  1. 1

    (0,0)∉L.

  2. 2

    Έστω a, b∈U. Τότε a=(a1,a1,a3,…,an) και ομοίως για το b. Αν k,l∈k τότε k⁢a+l⁢b=(k⁢a1+l⁢b1,k⁢a1+l⁢b1,K⁢a3+l⁢b3,…,k⁢an+l⁢bn)∈U. Ένα παράγον σύνολο για το U όταν n=4 είναι το {(1,1,0,0),(0,0,1,0),(0,0,0,1)}.

  3. 3

    Ένα παράγον σύνολο για το L είναι το {(1,-1,,0),(0,0,1)}.

  4. 4

    Ένα παράγον σύνολο για το U είναι το {(1,1,1)}. Ένα παράγον σύνολο για το V είναι το {(0,1,0),(0,0,1)}. U∩V={(0,0,0)}.

  5. 5

    Όπως στο Παράδειγμα 3.2.4.7. Βρίσκουμε ότι 2⁢z+y-2⁢x=0

  6. 6

    S⁢(X)=S⁢(Y)=ℝ2.

  7. 7

    Εφαρμόζουμε την Πρόταση 3.2.9. To διάνυσμα (1,2,3) ανήκει στον χώρο γραμμών και στηλών του A.

3.3

  1. 1

    2⁢u1-u4=𝟎.

  2. 2

    v1-v2-v3=𝟎. Μία βάση για το χώρο S⁢({v1,v2,v3}) είναι το σύνολο {v1,v2}.

  3. 3
    1. (a)

      {(1,-2)}.

    2. (b)

      {(1,0,-13),(0,1,-13)}.

    3. (c)

      To παράγον σύνολο αποτελείται από γραμμικά ανεξάρτητα διανύσματα και είναι βάση για το U3.

3.4

  1. 1

    Να χρησιμοποιήσετε το Θεώρημα 3.4.5 για να αποδείξετε ότι dimℝ⁢(U∩W)≥1.

  2. 2

    Έστω A o πίνακας με στήλες να αντιστοιχούν στα διανύσματα που παράγουν τον U και W. Τότε

    A=[110020010020201200100101]→⋯→[10000001002000100-2000101].

    Επομένως U+W=ℝ4 (διαλέξτε την αγαπημένη sac βάση για το ℝ4). Από τις σχέσεις Σ5=2⁢Σ2 και Σ6=-2⁢Σ3+Σ4 και επομένως Σ2=1/5⁢Σ5, ενώ Σ3=1/2⁢(Σ4-Σ6). Συνεπώς, U∩W=S⁢({(1,1,0,0),(1,1,0,0)}).

  3. 3
    1. (a)

      CB⁢(e1)=[10],CB⁢(e2)=[01]

    2. (b)

      CB⁢(e1)=[01],CB⁢(e2)=[10]

    3. (c)

      CB⁢(e1)=[12],CB⁢(e2)=[012]

  4. 4

    CD⁢(w1)=[610]

  5. 5
    1. (a)

      v=e1+e2+2⁢e3=(1,1,2)

    2. (b)

      v=e1+3⁢e2+e3=(1,3,1)

  6. 6

    Αφού

    [102201251022]→[102201250000],

    έπεται ότι

    CD⁢(w1)=[22],CD⁢(w2)=[25].
  7. 7

    H ελαττωμένη κλιμακωτή μορφή γραμμών του A είναι

    [1110100011].

    Επομένως το σύνολο {(1,1,1,0,1),(0,0,0,1,1)} είναι βάση για τον Γ⁢(A). To σύνολο {(1,2),(2,5)} είναι βάση για τον Σ⁢(A) . Αφού το σύνολο των λύσεων του ομογενούς συστήματος A⁢X=𝟎 είναι το

    {t(-1,1,0,0,0)+s(-1,0,1,0,0)+f(-1,0,0,-1,1):s,t,f∈∈k},

    έπεται ότι

    {(-1,1,0,0,0),(-1,0,1,0,0),(-1,0,0,-1,1)}

    είναι βάση για τον null⁡(A). Παρατηρούμε ότι -Σ1+Σ2=0, -Σ1+Σ3=0, Σ1+Σ4-Σ6=0.

  8. 8

    Αν B⁢X=0, τότε (A⁢B)⁢X=0. Επομένως null⁡(B)⊂null⁡(A⁢B) και συνεπώς dimk⁢null⁡(B)≤dimk⁢null⁡(A⁢B).

  9. 9

    Σύμφωνα με την Άσκηση 8 και το Θεώρημα 3.4.3, προκύπτει ότι rank⁡(A⁢B)≤rank⁡(B). Επομένως, για τον πίνακα BT⁢AT, ισχύει ότι rank⁡(BT⁢AT)≤rank⁡(AT). Να χρησιμοποιήσετε τώρα την Πρόταση 3.4.1 για να προκύψει το ζητούμενο.

3.5

  1. 1

    To σύνολο των πολυωνύμων με συντελεστές από το ℝ που έχουν βαθμό 6 δεν είναι υποχώρος του ℝ⁢[x], αφού για παράδειγμα x6+(-1)⁢(x6-2⁢x)=2⁢x που έχει βαθμό 1. Μία βάση για τον υποχώρο των πολυωνύμων με συντελεστές από το ℝ που έχουν βαθμό ≤m είναι το σύνολο {1,x,…,xm}

  2. 2

    Αν Ei⁢j είναι o πίνακας με 1 στη θέση i⁢j και μηδέν στις άλλες θέσεις, τότε παρατηρείστε ότι {E11,E12,…,En⁢m} είναι βάση για τον ℳn×m⁢(k).

  3. 3

    Μία βάση για τον υποχώρο των διαγωνίων n×n πινάκων στον ℳn×m⁢(k) είναι το σύνολο {E11,E22,…,En⁢n} με τον συμβολισμό της προηγούμενης άσκησης.

4.1

  1. 2

    f⁢(x,y)=(x+2⁢y,3⁢x+4⁢y).

  2. 3

    f⁢(x1,x2,x3,x4)=(x1+3⁢x2+5⁢x3+6⁢x4,3⁢x1+x2-x4),
    g⁢(x1,x2)=(x1+3⁢x2,3⁢x1+x2,5⁢x1,6⁢x1-x2)

  3. 4

    A=[111011102013]

  4. 5

    f⁢(4,-3)=(1,-11)

  5. 6

    e1↦(0,-1)↦(0,-1)↦(0,-2)↦(0,-2). e2↦e1↦(3,0)↦(3,0)↦(-3,0).

    Να συμπεράνετε ότι f⁢(x,y)=(-3⁢y,-2⁢x).

4.2

  1. 1

    Αφού

    A=[120a01-1b102c]→⋯→[10-2a-2⁢b01-1b102c-a+2⁢b],

    έπεται ότι (1,0,1),(2,1,0) είναι βάση για την Im⁢f. Σημειώστε επίσης ότι η Im⁢f είναι το επίπεδο c-a+2⁢b=0 στον ℝ3.

  2. 3

    Μία βάση για τον V είναι το σύνολο {(1,-1,0),(0,1,-1)} . Σύμφωνα με τον Πίνακα 4.2.1.;iv, η γραμμική συνάρτηση f:ℝ2→V ,με f⁢(e1)=(1,-1,0), f⁢(e2)=(0,1,-1) είναι ισομορφισμός. Παρατηρείστε ότι f⁢(x,y)=f⁢(x⁢e1+y⁢e2)=(x,-x+y,-y) και ότι o πίνακας της συνάρτησης ως προς τις δυο αυτές βάσεις είναι o μοναδιαίος.

  3. 4

    Όπως στην προηγούμενη άσκηση. An v1=(1,-1,0) και v2=(0,1,-1) τότε f:V→ℝ2, v1↦e1, v2↦e2 είναι ισομορφισμός. Επομένως a⁢v1+b⁢v2↦(a,b).

4.3

  1. 1
    SD←B=[1001130031001111],SB←D=18⁢[0-13003-10-8-31881-30].
  2. 2

    f⁢(x,y)=(5⁢x-y,-2⁢x).

  3. 3

    f⁢(x,y,z)=(x,x-y-z,y),f-1⁢(x,y,z)=(x,z,x-y-z).

5.1

  1. 1

    ϕ⁢(v)=-v,∀v∈ℝ2 . Επομένως, η ϕ έχει την ιδιοτιμή λ=-1 και κάθε v∈ℝ2,v≠(0,0) είναι ιδιοδιάνυσμα της ϕ.

  2. 2

    H ϕ έχει δύο ιδιοτιμές, ±1. Για το λ=-1, τα ιδιοδιανύσματα είναι της μορφής (x,0,z). Για το λ=1 τα ιδιοδιάνυσματα είναι της μορφής (0,y,0).

  3. 3
    1. (a)

      Για λ1=5, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του v1=(1,1).

      Για λ2=-1, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του v2=(1,-12).

    2. (b)

      Για λ1=i⁢3-12, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,i⁢3-12,-i⁢3+12).

      Για λ2=-i⁢3+12, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,-i⁢3+12,i⁢3-12).

      Για λ3=1, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του v3=(1,1,1).

  4. 4
    1. (a)

      Για λ1=3 , τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,1,-2).

      Για λ2=2, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,0,0).

    2. (b)

      Για λ1=2, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,2).

      Για λ2=-1, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (1,12).

    3. (c)

      Για λ1=0, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (-i,1).

      Για λ2=2, τα ιδιοδιανύσματα είναι πολλαπλάσια του (i,1).

  5. 5
    A⁢X=λ⁢X⟹(A+k⁢I)⁢X=(λ+k)⁢X.

    Για να δείξετε ότι Am⁢X=λm⁢X, χρησιμοποιείστε επαγωγή.

  6. 6

    Να χρησιμοποιήσετε την προηγούμενη άσκηση για να δείξετε ότι A⁢v=λ⁢v⟹(3⁢Α2-Α+2⁢Ι)⁢v=(λ2-λ+2)⁢v

5.2

  1. 1

    Να κάνετε χρήση της σχέσης της ορίζουσας και του ίχνους ενός πίνακα για να δείξετε ότι οι άλλες δύο ιδιοτιμές είναι οι ±2⁢i.

  2. 2

    V3={t⁢(1,1,-2):t∈ℝ}, V2={t⁢(1,0,0):t∈ℝ}.

  3. 3

    Αν B=S-1⁢A⁢S, τότε det⁡(B-x⁢In)=det⁡(A-x⁢In). Επομένως έχουν τον ίδιο σταθερό όρο, δηλ. det⁡(B)=det⁡(A). Ομοίως, έχουν τον ίδιο συντελεστή για τον όρο xn-1 και Tr⁡(B)=Tr⁡(A)

  4. 4

    H αλγεβρική πολλαπλότητα της ιδιοτιμής 1, είναι 3 ενώ η γεωμετρική της πολλαπλότητα είναι ίση με 1 . H αλγεβρική πολλαπλότητα των άλλων ιδιοτιμών είναι 1, άρα και η γεωμετρική πολλαπλότητά τους είναι 1.

5.3

  1. 1

    Ναι.

  2. 2

    Ναι.

  3. 3

    a≠b∈ℝ

  4. 4

    OA δεν διαγωνιοποιείται.

  5. 5

    O A είναι διαγωνιοποιήσιμος.

  6. 6

    O A είναι 4×4 πίνακα. Αφού det⁡(A)=4, έπεται ότι rank⁡(A)=4 . Από το Θεώρημα των Cayley-Hamilton προκύπτει ότι A-1=-14⁢(A3-2⁢A2+I).

  7. 7

    A-1=-112⁢(-A2-2⁢A+7⁢I3) και A4=11⁢A2-2⁢A-24⁢I3.

  8. 8

    Υπάρχουν δύο μορφές για τα μπλοκ του Jordan για την ιδιοτιμή 3 και τρεις μορφές για τα μπλοκ του Jordan για την ιδιοτιμή 1. Συνολικά, υπάρχουν 6 συνδυασμοί.

5.4

  1. 1

    ∥v∥=30, ∥3⁢v∥=3⁢30, ∥15⁢v∥=305.

  2. 2

    Να αναπτύξετε το εσωτερικό γινόμενο ⟨u+v,u+v⟩ και να παρατηρήσετε ότι ⟨u,v⟩=0.

  3. 3

    Παρατηρείστε ότι AT⁢A είναι διαγώνιος πίνακας, όπου A=[v1v2v3] και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσετε την Πρόταση 4.4.7.

  4. 4

    AT⁢(AT)T=AT⁢A=In.

  5. 5
    D=[6004],P=12⁢[111-1].
  6. 6

    O 3×3 πίνακας έχει τρεις διακριτές ιδιοτιμές ( 1,2,7) και είναι διαγωνιοποιήσιμος.

  7. 8

    Να παρατηρήσετε ότι ∥(1/2,1/2)∥≠1, άρα δεν υπάρχει ορθογώνιος A1. Για τον A2, να δείξετε πρώτα ότι a=±15/4.

  8. 9

    Να επιβεβαιώσετε ότι (-1,0,i) είναι ορθογώνιο ως προς το (1,0,i). Στη συνέχεια, για να βρείτε διάνυσμα (a,b,c)∈ℂ3, ορθογώνιο προς τα άλλα δύο, να λύσετε το σύστημα a-i⁢c=0, -a-i⁢c=0.

  9. 11

    Να θέσετε w=h⁢(v) και να συμπεράνετε ότι h⁢(v)=𝟎.

5.5

  1. 1

    Αν A είναι o πίνακας της ϕ ως προς την κανονική βάση του ℝ3, τότε AT είναι o πίνακας της ϕ* ως προς την κανονική βάση του ℝ3. Αφού

    A=[120111-110]⟹AT=[11-1211010]⟹ϕ*⁢(x,y,z)=(x+y-z,2⁢x+y+z,y).
  2. 5

    Αν X∈null⁡(A), τότε A⁢X=0 και επομένως AT⁢A⁢X=0, δηλ. X∈null⁡(AT⁢A). Αντίστροφα, an X∈null⁡(AT⁢A), θα δείξουμε ότι X∈null⁡(A). Έστω Y=A⁢X. Τότε

    ⟨Y,Y⟩=⟨A⁢X,A⁢X⟩=⟨X,AT⁢A⁢X⟩=⟨X,𝟎⟩=0

    και επομένως Y=0, δηλ. Y∈null⁡(A). To τελικό συμπέρασμα για τις βαθμίδες των πινάκων προκύπτει από το Θεώρημα 3.4.3.

  3. 3

    ⟨A⁢v,A⁢v⟩=⟨λ⁢v,λ⁢v⟩⟹⟨v,AT⁢A⁢v⟩=λ2⁢⟨v,v⟩⟹⟨v,v⟩=λ2⁢⟨v,v⟩. Αφού ⟨v,v⟩≠0, έπεται ότι λ=±1.

  4. 4

    Σύμφωνα με το Θεώρημα 5.5.5, αρκεί A=AT. Έτσι, η πρώτη στήλη του A είναι απόλυτα καθορισμένη. Για παράδειγμα, μπορείτε να επιλέξετε τον A να είναι o πίνακας

    A=[123246360].
  5. 6

    Αρκεί A=AT¯. Για παράδειγμα, μπορείτε να επιλέξετε τον A να είναι o πίνακας

    A=[11+3⁢i1-3⁢i0].

6.1

  1. 1

    projv1⁡(v)=3⁢a+b-c11⁢v1, projv2⁡(v)=a-2⁢b+c6⁢v2, projv3⁡(v)=a+4⁢b+7⁢c66⁢v3.

    Για τα υπόλοιπα ερωτήματα, παρατηρούμε ότι η βάση B είναι ορθογώνια. Μπορούμε λοιπόν να χρησιμοποιήσουμε την Έκφραση 6.1.2.1. Επομένως, an U=<v1,v2>, τότε projU⁡(v)=projv1⁡(v)+projv2⁡(v) και v=projℝ3⁡(v)=projv1⁡(v)+projv2⁡(v)+projv3⁡(v).

  2. 2

    projv1⁡u=925⁢v1. Για τα υπόλοιπα ερωτήματα, προχωρήστε όπως στην Άσκηση 1.

  3. 3

    H ορθογώνια βάση που προκύπτει με την εφαρμογή του Αλγορίθμου 6.1.1, παραλλαγή ;i είναι η (u1,(5,2,-5),(-1,5,1)).

  4. 4

    Να βρείτε πρώτα μία ορθογώνια βάση για τον U ή να εφαρμόσετε τον Αλγόριθμο 6.1.2. projU⁡(v)=15⁢(-4,-1,2,-3).

  5. 5

    Να βρείτε πρώτα μία ορθογώνια βάση για τον U ή να εφαρμόσετε τον Αλγόριθμο 6.1.2. Αφού (3,3,4)-projU⁡(3,3,4)=13⁢(2,2,-2), η ζητούμενη απόσταση είναι (2⁢3)/3.

6.2

  1. 1

    Οι ιδιοτιμές του A είναι οι 1,i,0. Επομένως o A είναι διαγωνιοποιήσιμος και υπάρχει D διαγώνιος έτσι ώστε A=S⁢D⁢S-1. Συνεπώς A100=S⁢D100⁢S-1 και

    D100=[100010000].

    Να βρείτε τους πίνακες S και S-1 και να πολλαπλασιάσετε τους τρεις αυτούς πίνακες.

  2. 2

    Όπως στο πρώτο μέρος της απόδειξης του Θεωρήματος 6.2.3, να χρησιμοποιήσετε ότι

    T⁢(v)=∑i=1n⟨v,ei⟩⁢T⁢(ei), για κάθε ⁢v∈ℝn.
  3. 3

    f⁢(x,y)=(-2⁢y+2,x+1).

  4. 4

    Αφού η μία ιδιοτιμή είναι το 1 και η άλλη ιδιοτιμή έχει απόλυτη τιμή μικρότερη του 1, το σύστημα θα ισορροπήσει.

  5. 6

    f1=e3⁢x, f2=e3⁢x-2⁢e2⁢x, f3=2⁢e2⁢x-e3⁢x.

  6. 7

    H καμπύλη είναι υπερβολή.

  7. 8

    (1/6,0,1/3).

  8. 9

    H ζητούμενη ευθεία είναι y=-12+75.