samling af tidligere eksamensopgaver fra MM505 - Institut for ...
samling af tidligere eksamensopgaver fra MM505 - Institut for ...
samling af tidligere eksamensopgaver fra MM505 - Institut for ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Institut</strong> <strong>for</strong> Matematik og Datalogi<br />
Syddansk Universitet<br />
Tidligere Eksamensopgaver<br />
<strong>MM505</strong> Lineær Algebra<br />
Indhold<br />
Typisk <strong>for</strong>side . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2<br />
Juni 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
Oktober 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6<br />
Juni 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
Oktober 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11<br />
Januar 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
Juni 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
Andrew Swann<br />
Revision: 1.6, 27. juli 2009.
Typisk <strong>for</strong>side<br />
SYDDANSK UNIVERSITET<br />
INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI<br />
Skriftlig eksamen<br />
Lineær Algebra - <strong>MM505</strong><br />
Fredag d. 19. juni 2009 kl. 9.00–13.00<br />
Opgavesættet består <strong>af</strong> 5 opgaver med 20 delspørgsmål som tilsammen<br />
tæller 100 points. Hver delopgave tæller 5 point. Beståelse kræver opnåelse <strong>af</strong><br />
mindst 50 points.<br />
Eksamen varer 4 timer hvor alle sædvanlige hjælpemidler, bøger, noter samt<br />
lommeregner er tilladte.<br />
Der lægges vægt på, at de benyttede metoder og sætninger fremgår <strong>af</strong> besvarelsen,<br />
og at svarene begrundes.<br />
Bemærk, at senere delspørgsmål i en opgave ofte kan besvares<br />
uden at alle <strong>tidligere</strong> spørgsmål er besvaret. Det er således tilladt<br />
at bruge resultater <strong>fra</strong> <strong>tidligere</strong> delspørgsmål selvom disse ikke er<br />
besvaret.
Juni 2007 3<br />
Juni 2007<br />
Opgave 1<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til direkte at finde<br />
determinanter ikke anvendes. Det samme gælder <strong>for</strong> et eventuelt program til at<br />
løse ligningssystemer.<br />
Lad<br />
⎛<br />
−1 3<br />
⎞<br />
2<br />
A = ⎝ 1 0 1⎠<br />
3 3 a<br />
og betragt det lineære ligningssystem<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
−8<br />
x 1<br />
Ax = ⎝ 2 ⎠ , x = ⎝x 2<br />
⎠ ∈ R 3 (1)<br />
b<br />
x 3<br />
hvor a, b ∈ R.<br />
(a) Beregn determinanten <strong>af</strong> A.<br />
(b) For hvilke værdier <strong>af</strong> a, b har ligningssystemet (1) præcis én løsning.<br />
(c) For hvilke værdier <strong>af</strong> a, b har ligningssystemet (1) ingen løsning.<br />
(d) For hvilke værdier <strong>af</strong> a, b har ligningssystemet (1) uendeligt mange løsninger.<br />
Bestem i dette tilfælde den fuldstændige løsning.<br />
(e) Bestem rangen <strong>af</strong> A og dimensionen <strong>af</strong> nulrummet <strong>for</strong> A, N(A). (Bemærk<br />
at svaret i begge tilfælde <strong>af</strong>hænger <strong>af</strong> a).<br />
Opgave 2<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til at invertere<br />
matricer ikke anvendes.<br />
Lad P 3 være vektorrummet <strong>af</strong> alle reelle polynomier <strong>af</strong> grad højst 2.<br />
Betragt <strong>af</strong>bildningen<br />
L: P 3 → P 3<br />
givet ved<br />
L(p(x)) = xp ′′ (x) + p(x), p ∈ P 3 .<br />
(a) Vis at L er en lineær trans<strong>for</strong>mation.<br />
Betragt den ordnede basis E = [1, x, x 2 ] <strong>for</strong> P 3 .
4<br />
(b) Bestem repræsentationsmatricen A <strong>for</strong> L mht. E.<br />
(c) Find dimensionen <strong>af</strong> billedrummet, L(P 3 ) og dimensionen <strong>af</strong> kernen <strong>for</strong><br />
L, ker(L).<br />
Lad F = [x + 1, x − 1, x 2 ] være en anden ordnet basis <strong>for</strong> P 3 .<br />
(d) Find overgangsmatricen S, som repræsenterer basisskiftet <strong>fra</strong> F til E.<br />
(e) Bestem repræsentationsmatricen B <strong>for</strong> L mht. F .<br />
Opgave 3<br />
Lad<br />
være to vektorer i R 3 .<br />
⎛ ⎞<br />
1<br />
⎛ ⎞<br />
−1<br />
v = ⎝−1⎠ og w = ⎝ 0 ⎠<br />
0<br />
1<br />
(a) Vis at v og w er lineært u<strong>af</strong>hængige i R 3 .<br />
Lad V være underrummet udspændt <strong>af</strong> v og w, dvs. V = Span(v, w).<br />
(a) Find en ortonormalbasis <strong>for</strong> V mht. det sædvanlige indre produkt i R 3 :<br />
hvor<br />
〈x, y〉 = x 1 y 1 + x 2 y 2 + x 3 y 3 ,<br />
⎛ ⎞<br />
⎛ ⎞<br />
x 1<br />
y 1<br />
x = ⎝x 2<br />
⎠ og y = ⎝y 2<br />
⎠ .<br />
x 3 y 3<br />
(b) Bestem den ortogonale projektion <strong>af</strong> u på V , hvor<br />
⎛ ⎞<br />
−1<br />
u = ⎝−1⎠ .<br />
1<br />
(c) Lad x ∈ R 3 . Vis at {v, w, x} er en basis <strong>for</strong> R 3 , hvis og kun hvis x /∈ V .<br />
Opgave 4<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til direkte at<br />
bestemme egenværdier og/eller egenvektorer ikke anvendes.<br />
Betragt matricen A givet ved:<br />
⎛<br />
1 0<br />
⎞<br />
−1<br />
A = ⎝ 0 1 2 ⎠<br />
−1 2 5
Juni 2007 5<br />
(a) Gør rede <strong>for</strong> (uden at bestemme egenværdierne <strong>for</strong> A), at A kan diagonaliseres.<br />
(b) Find alle egenværdier <strong>for</strong> A samt de tilhørende egenrum.<br />
(c) Bestem en ortogonal matrix U, så U T AU = D, hvor D er en diagonal<br />
matrix.<br />
(d) Lad B og C være to n × n matricer, så BC = 0 n×n .<br />
Vis at λ = 0 er en egenværdi <strong>for</strong> CB.
6<br />
Oktober 2007<br />
Opgave 1<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til at løse ligningssystemer<br />
ikke anvendes.<br />
Lad<br />
⎛ ⎞<br />
A =<br />
1 3 1<br />
⎜ 2 6 2<br />
⎟<br />
⎝ 2 5 1⎠ ,<br />
−1 0 2<br />
lad b ∈ R og betragt det lineære ligningssystem<br />
⎛ ⎞<br />
1 ⎛ ⎞<br />
Ax = ⎜2<br />
x 1<br />
⎟<br />
⎝3⎠ , x = ⎝x 2<br />
⎠ ∈ R 3 . (1)<br />
x<br />
b<br />
3<br />
(a) For hvilke værdier <strong>af</strong> b er det lineære ligningssystem (1) konsistent.<br />
Bestem i dette tilfælde samtlige løsninger til (1).<br />
(b) Bestem en basis <strong>for</strong> A’s rækkerum og bestem dimensionen <strong>af</strong> nulrummet<br />
N(A) <strong>for</strong> A.<br />
(c) Find nulrummet <strong>for</strong> A T , dvs. find de x ∈ R 4 , som løser ligningen<br />
A T x = 0.<br />
(d) Benyt svaret på spørgsmål c) til at <strong>af</strong>gøre om det lineære ligningssystem<br />
⎛ ⎞<br />
−2<br />
Ax = ⎜ 1<br />
⎟<br />
⎝ 0 ⎠<br />
0<br />
er konsistent.<br />
Opgave 2<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til at invertere<br />
matricer ikke anvendes.<br />
Betragt <strong>af</strong>bildningen T : R 3 → R 2 givet ved<br />
⎛ ⎞<br />
x 1<br />
( )<br />
T ⎝x 2<br />
⎠ 3x1 + x<br />
= 2<br />
.<br />
x<br />
x 1 − 2x 2<br />
3
Oktober 2007 7<br />
(a) Vis at T er en lineær trans<strong>for</strong>mation.<br />
Udstyr R 3 med standardbasen E og R 2 med standardbasen F , dvs.<br />
⎡⎛<br />
⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />
1 0 0<br />
E = ⎣⎝0⎠ , ⎝1⎠ , ⎝0⎠⎦ og F =<br />
0 0 1<br />
[( ( 1 0<br />
, .<br />
0)<br />
1)]<br />
(b) Bestem repræsentationsmatricen A <strong>for</strong> T mht. E og F .<br />
[( (<br />
Betragt nu ˜F 2 1<br />
= , .<br />
1)<br />
1)]<br />
(c) Gør rede <strong>for</strong> at ˜F også er en basis <strong>for</strong> R 2 og bestem overgangsmatricen<br />
S, som repræsenterer basisskiftet <strong>fra</strong> F til ˜F .<br />
(d) Bestem repræsentationsmatricen C <strong>for</strong> T når R 3 udstyres med den ordnede<br />
basis E og R 2 udstyres med den ordnede basis ˜F . Dvs. find en 2 × 3<br />
matrix C, så<br />
[T (x)] eF = C [x] E<br />
, x ∈ R 3 .<br />
Opgave 3<br />
Lad P 4 være vektorrummet bestående <strong>af</strong> polynomier <strong>af</strong> grad mindre end<br />
fire, dvs.<br />
P 4 = {a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 | a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ∈ R}.<br />
(a) Vis at<br />
er et underrum i P 4 .<br />
(b) Vis at {x, x 3 } udgør en basis <strong>for</strong> S.<br />
Udstyr P 4 med det indre produkt<br />
S = {p ∈ P 4 | p(0) = 0 og p ′′ (0) = 0}<br />
〈p, q〉 = p(−1)q(−1) + p(0)q(0) + p(1)q(1) + p(2)q(2).<br />
(c) Find en ortonormal basis <strong>for</strong> S mht. det givne indre produkt.<br />
(d) Bestem den ortogonale projektion <strong>af</strong> q(x) = x + 1 på S.<br />
(e) Lad p 1 og p 2 være to lineært u<strong>af</strong>hængige polynomier i P 4 . Vis at {p 1 , p 2 }<br />
er en basis <strong>for</strong> S ⊥ hvis og kun hvis<br />
〈p i , x〉 = 0 og 〈p i , x 3 〉 = 0, i = 1, 2.
8<br />
Opgave 4<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til direkte at<br />
bestemme egenværdier og/eller egenvektorer ikke anvendes.<br />
Betragt matricen A givet ved:<br />
⎛<br />
3 0<br />
⎞<br />
7<br />
A = ⎝0 5 0⎠<br />
7 0 3<br />
(a) Vis, at A har egenværdierne 5, 10 og -4.<br />
(b) Bestem <strong>for</strong> hver <strong>af</strong> A’s egenværdier det tilhørende egenrum.<br />
(c) Gør rede <strong>for</strong> at R 3 har en ortonormal basis bestående <strong>af</strong> egenvektorer<br />
<strong>for</strong> A, og bestem en ortogonal matrix U samt en diagonalmatrix D, så<br />
U T AU = D.<br />
(d) Lad B og C være to n × n matricer. Antag at der findes en basis<br />
{x 1 , . . . , x n } <strong>for</strong> R n bestående <strong>af</strong> egenvektorer <strong>for</strong> både B og C (ikke<br />
nødvendigvis med samme egenværdier). Vis at BC = CB.<br />
(Vink: Benyt at D 1 D 2 = D 2 D 1 , hvis D 1 og D 2 er to n × n diagonalmatricer.)
Juni 2008 9<br />
Juni 2008<br />
Opgave 1<br />
Lad<br />
⎛<br />
1 −1<br />
⎞<br />
0<br />
A = ⎝3 1 4⎠<br />
1 2 a<br />
og betragt det lineære ligningssystem<br />
⎛ ⎞<br />
⎛ ⎞<br />
1<br />
x 1<br />
Ax = ⎝3⎠ , hvor x = ⎝x 2<br />
⎠ .<br />
b<br />
x 3<br />
(a) Angiv <strong>for</strong> hvilke reelle tal a, b systemet ikke har nogen løsning.<br />
(b) Angiv <strong>for</strong> hvilke reelle tal a, b systemet har en entydigt bestemt løsning.<br />
Bemærk at det ikke er nødvendigt at finde denne løsning.<br />
(c) Angiv <strong>for</strong> hvilke reelle tal a, b systemet har uendeligt mange løsninger,<br />
og find disse løsninger.<br />
(d) Antag at a er valgt så at det A = 0. Bestem rangen <strong>af</strong> A og find en basis<br />
<strong>for</strong> nulrummet til A i dette tilfælde.<br />
Opgave 2<br />
Lad<br />
være to vektorer i R 4 .<br />
v 1 =<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
1<br />
1<br />
0<br />
−1<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠ , v 2 =<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
0<br />
2<br />
0<br />
−1<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
(a) Vis at v 1 og v 2 er lineært u<strong>af</strong>hængige i R 4 .<br />
(b) Lad V være underrummet udspændt <strong>af</strong> v 1 og v 2 . Find en ortonormalbasis<br />
<strong>for</strong> V med hensyn til det sædvanlige skalarprodukt i R 4 .<br />
(c) Find den ortogonale projektion <strong>af</strong><br />
⎛ ⎞<br />
1<br />
v = ⎜−1<br />
⎟<br />
⎝ 1 ⎠<br />
−1<br />
på V .
10<br />
(d) Lad<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
1<br />
0<br />
w 1 = ⎜1<br />
⎟<br />
⎝0⎠ , w 2 = ⎜0<br />
⎟<br />
⎝1⎠ .<br />
2<br />
0<br />
Vis at w 1 , w 2 er en basis <strong>for</strong> V ⊥ .<br />
Opgave 3<br />
Lad P 3 = {a + bx + cx 2 | a, b, c ∈ R} være vektorrummet <strong>af</strong> alle polynomier<br />
<strong>af</strong> grad højst 2, og lad T : P 3 → P 3 være givet ved<br />
(a) Vis at T er en lineær <strong>af</strong>bildning.<br />
T (p(x)) = xp ′ (x) + 3p(1).<br />
(b) Find matricen der repræsenterer T med hensyn til den ordnede basis<br />
E = [1, x, x 2 ] <strong>for</strong> P 3 .<br />
(c) Lad F = [1+x, x, x+x 2 ] være en anden ordnet basis <strong>for</strong> P 3 . Find matricen<br />
der beskriver basisskift <strong>fra</strong> F til E. Bemærk at det ikke skal vises at F<br />
er en basis <strong>for</strong> P 3 .<br />
(d) Find matricen der repræsenterer T i basen F .<br />
Opgave 4<br />
Lad<br />
⎛<br />
1 −1<br />
⎞<br />
0<br />
A = ⎝−1 2 1⎠ .<br />
0 1 1<br />
(a) Find alle egenværdier til A.<br />
(b) Find det tilhørende egenrum <strong>for</strong> hver egenværdi til A.<br />
(c) Find en ortogonalmatrix X og en diagonalmatrix D således at D =<br />
X T AX.<br />
(d) Antag at B er en symmetrisk reel n × n-matrix, der kun har én egenværdi<br />
λ. Vis at B = λ · I, hvor I er identitetsmatricen med n søjler og n rækker.
Oktober 2008 11<br />
Oktober 2008<br />
Opgave 1<br />
Betragt det lineære ligningssystem<br />
hvor B og C er givne reelle tal.<br />
y + 2z = 1<br />
x + 4y + 3z = C<br />
x + y + Bz = B<br />
(a) Opstil den udvidede matriks <strong>for</strong> systemet og reducer den til trappe<strong>for</strong>m.<br />
De enkelte rækkeoperationer bedes angivet.<br />
(b) For hvilke værdier <strong>af</strong> talparret (B, C) er systemet inkonsistent?<br />
(c) For hvilke værdier <strong>af</strong> talparret (B, C) har systemet præcis 1 løsning?<br />
(d) Bestem den fuldstændige løsning til systemet <strong>for</strong> alle værdier <strong>af</strong> talparret<br />
(B, C).<br />
Opgave 2<br />
⎛<br />
2 1<br />
⎞<br />
1<br />
Lad B være matricen B = ⎝1 2 1⎠ .<br />
1 1 2<br />
(a) Vis, at egenværdierne <strong>for</strong> B er 1 og 4.<br />
(b) Bestem en basis <strong>for</strong> hvert <strong>af</strong> egenrummene.<br />
(c) Løs begyndelsesværdiproblemet<br />
x ′ (t) = 2x(t) + y(t) + z(t),<br />
y ′ (t) = x(t) + 2y(t) + z(t),<br />
z ′ (t) = x(t) + y(t) + 2z(t),<br />
x(0) = 1,<br />
y(0) = 2,<br />
z(0) = 3.<br />
(d) Bestem en ortogonal matriks Q og en diagonal matriks D med Q T BQ =<br />
D.
12<br />
Opgave 3<br />
I denne opgave betragtes vektorrummet P 3 <strong>af</strong> polynomier <strong>af</strong> grad højst 2.<br />
Det udstyres med et indre produkt defineret ved <strong>for</strong>mlen<br />
〈p(x), q(x)〉 = p(−1)q(−1) + p(0)q(0) + p(1)q(1), p(x), q(x) ∈ P 3 .<br />
(a) Bestem de to indre produkter<br />
og de to normer<br />
〈1, x〉, 〈1, x 2 〉,<br />
‖1‖,<br />
Lad S = {p(x) ∈ P 3 | p(−1) = p(1) = 0}.<br />
‖x‖.<br />
(a) Gør rede <strong>for</strong>, at S er et underrum <strong>af</strong> P 3 , og at 1 − x 2 er en ortonormal<br />
basis <strong>for</strong> S.<br />
(b) Bestem en ortonormal basis <strong>for</strong> det ortogonale komplement S ⊥ .<br />
(c) Bestem den ortogonale projektion <strong>af</strong> polynomiet 1 + 2x på hvert <strong>af</strong><br />
underrummene S og S ⊥ .<br />
Opgave 4<br />
Lad B være en 3 × 3 matriks, som opfylder matriksligningen<br />
B 2 − 4B + 4I 3 = 0,<br />
hvor I 3 og 0 er henholdsvis enhedsmatricen og nulmatricen i R 3×3 . Lad β være<br />
en egenværdi <strong>for</strong> B.<br />
(a) Gør rede <strong>for</strong>, at β opfylder ligningen<br />
og bestem her<strong>fra</strong> værdien <strong>af</strong> β.<br />
β 2 − 4β + 4 = 0,<br />
Lad nu b 1 ∈ R 3 være en vektor som ikke tilhører egenrummet E(β), og sæt<br />
b 2 = Bb 1 − βb 1 .<br />
(a) Vis, at b 2 er en egenvektor <strong>for</strong> B med egenværdi β.<br />
Antag yderligere, at dim(E(β)) = 2 og lad b 3 være valgt så b 2 , b 3 er en basis<br />
<strong>for</strong> E(β).<br />
(a) Vis, at F = [b 1 , b 2 , b 3 ] er en basis <strong>for</strong> R 3 .<br />
(b) Bestem matricen <strong>for</strong> den lineære <strong>af</strong>bildning L B : R 3 → R 3 med hensyn<br />
til basen F , altså den matriks, som i <strong>for</strong>elæsningerne er betegnet [L B ] F F .
Januar 2009 13<br />
Januar 2009<br />
Opgave 1 (25 point)<br />
I denne opgave må din lommeregners/computers eventuelle program til direkte at<br />
bestemme egenværdier og/eller egenvektorer ikke anvendes. Det samme gælder<br />
<strong>for</strong> et eventuelt program til at løse differentialligningssystemer.<br />
Betragt matricen<br />
( ) 7 3<br />
B = .<br />
3 7<br />
(a) Bestem en ortogonal matriks Q og en diagonalmatriks D, som opfylder<br />
(b) Løs begyndelsesværdiproblemet<br />
Q T BQ = D.<br />
x ′ (t) = 7x(t) + 3y(t),<br />
y ′ (t) = 3x(t) + 7y(t),<br />
x(0) = 4,<br />
y(0) = 12.<br />
Opgave 2 (25 point)<br />
Det anses <strong>for</strong> velkendt (og skal altså ikke vises), at de fire matricer<br />
( ) ( ) ( ) ( )<br />
1 0<br />
0 1<br />
0 0<br />
0 0<br />
A 1 = , A<br />
0 0 2 = , A<br />
0 0 3 = , A<br />
1 0 4 = ,<br />
0 1<br />
udgør en basis <strong>for</strong> vektorrummet W = M 2×2 (R) <strong>af</strong> reelle 2 × 2 matricer.<br />
Lad<br />
{( )<br />
}<br />
x y<br />
V =<br />
x, y, z ∈ R ⊂ W,<br />
0 z<br />
( ) a b<br />
og lad A = være en fast valgt matriks <strong>fra</strong> V .<br />
0 c<br />
(a) Vis, at V er et underrum <strong>af</strong> W og angiv en (ordnet) basis <strong>for</strong> V .<br />
(b) Vis, at <strong>for</strong>skriften<br />
G(X) = AX, X ∈ V,<br />
definerer en lineær <strong>af</strong>bildning G: V → V , og bestem matricen <strong>for</strong> G med<br />
hensyn til den basis <strong>for</strong> V , som du har angivet i (a).
14<br />
Opgave 3 (25 point)<br />
I denne opgave må din lommeregners/computers eventuelle program til<br />
løsning <strong>af</strong> lineære ligningssystemer ikke anvendes. Det samme gælder <strong>for</strong> et<br />
eventuelt program til at udføre rækkeoperationer på en matriks.<br />
Betragt det lineære ligningssystem<br />
hvor A og B er konstanter.<br />
x + 2y = 0,<br />
2x + 5y + z = B,<br />
2x + 6y + Az = B + 1,<br />
(a) Angiv den udvidede matriks <strong>for</strong> systemet, og brug rækkeoperationer til<br />
at sk<strong>af</strong>fe nuller under diagonalen i matricen. Rækkeoperationerne bør<br />
fremgå <strong>af</strong> besvarelsen.<br />
(b) For hvilke værdier <strong>af</strong> talparret (A, B) har systemet<br />
(i) ingen løsning?<br />
(ii) præcis én løsning?<br />
(iii) uendelig mange løsninger?<br />
(c) Bestem samtlige løsninger til systemet (<strong>for</strong> alle værdiier <strong>af</strong> (A, B))<br />
Opgave 4 (25 point)<br />
I denne opgave betragtes vektorrummet C[−1, 2] <strong>af</strong> kontinuerte funktioner<br />
f : [−1, 2] → R, udstyret med det sædvanlige indre produkt<br />
〈f, g〉 =<br />
∫ 2<br />
−1<br />
f(t)g(t)dt.<br />
Med V betegner vi underrummet udspændt <strong>af</strong> de tre funktioner 1, t og t 2 .<br />
(a) Bestem en ortonormal basis <strong>for</strong> V .<br />
(b) Bestem projektionen <strong>af</strong> funktionen t 3 på underrummet V .
Juni 2009 15<br />
Juni 2009<br />
Opgave 1<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til at løse ligningssystemer<br />
ikke benyttes.<br />
Lad<br />
⎛<br />
Q =<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎞<br />
√1<br />
√3<br />
√3<br />
10 14 35<br />
2<br />
0 √ √−5<br />
⎟<br />
14 35 ⎠<br />
√3<br />
√−1<br />
√−1<br />
10 14 35<br />
(a) Gør rede <strong>for</strong> at Q er en ortogonal matrix.<br />
(b) Løs det lineære ligningssystem<br />
hvor b = (1, 0, 0) T .<br />
Q · x = b,<br />
Opgave 2<br />
Lad<br />
⎛<br />
⎞<br />
1 0 −1 0<br />
A = ⎜ 1 2 1 0<br />
⎟<br />
⎝ 1 1 0 1⎠<br />
2 1 −1 2<br />
(a) Vis at A er rækkeækvivalent til<br />
⎛<br />
1 0 −1<br />
⎞<br />
0<br />
U = ⎜ 0 1 1 0<br />
⎟<br />
⎝ 0 0 0 1⎠<br />
0 0 0 0<br />
(b) Bestem baser <strong>for</strong> A’s nulrum, N(A), rækkerum samt søjlerum.<br />
(c) Angiv dimensionen <strong>af</strong> A’s nulrum, rækkerum og søjlerum.<br />
(d) For hvilke a ∈ R har ligningssystemet<br />
⎛ ⎞<br />
1<br />
A · x = ⎜1<br />
⎟<br />
⎝1⎠<br />
a<br />
løsninger?
16<br />
(e) Bestem disse løsninger.<br />
Opgave 3<br />
Lad V være vektorrummet <strong>af</strong> alle reelle, uendeligt mange gange differentiable<br />
funktioner og lad S være rummet udspændt <strong>af</strong> funktionerne f 1 , f 2 , f 3 givet ved:<br />
f 1 (t) = e t , f 2 (t) = e −t , f 3 (t) = te t <strong>for</strong> t ∈ R<br />
(a) Det oplyses at f 1 , f 2 og f 3 er lineært u<strong>af</strong>hængige i V. Redegør <strong>for</strong> at<br />
F = [f 1 , f 2 , f 3 ] således udgør en ordnet basis <strong>for</strong> S.<br />
Lad L: S → V være givet ved<br />
(b) Vis at L er lineær.<br />
(c) Vis at L(S) ⊂ S.<br />
L(f) = f ′′ − f, <strong>for</strong> f ∈ S.<br />
(d) Find matricen B hørende til L med hensyn til den ordnede basis F .<br />
(e) Bestem egenværdierne <strong>for</strong> matricen B.<br />
(f) Lad C være matricen som repræsenterer den lineære trans<strong>for</strong>mation med<br />
hensyn til en anden basis E <strong>for</strong> S. Hvilke egenværdier har matricen C?<br />
(Der ønskes naturligvis en begrundelse <strong>for</strong> dit svar.)<br />
Opgave 4<br />
I denne opgave betragtes R 4 med det sædvanlige indre produkt. (Det vil<br />
sige at <strong>for</strong> x = (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ) T og y = (y 1 , y 2 , y 3 , y 4 ) T er 〈x, y〉 = x 1 y 1 + x 2 y 2 +<br />
x 3 y 3 + x 4 y 4 .)<br />
Lad<br />
⎛ ⎞<br />
⎞<br />
1<br />
x = ⎜1<br />
⎟<br />
⎝1⎠ ,<br />
1<br />
⎛<br />
−1<br />
y = ⎜ 1<br />
⎝ 1<br />
1<br />
og lad S være underrummet udspændt <strong>af</strong> x og y, d.v.s., S = span(x, y).<br />
(a) Find en ortonormal basis {u 1 , u 2 } <strong>for</strong> S.<br />
⎟<br />
⎠<br />
Lad<br />
⎛ ⎞<br />
⎛<br />
0<br />
v 1 = √ 1<br />
⎜−4<br />
⎟<br />
24<br />
⎝ 2 ⎠ , v 2 = √ 1<br />
⎜<br />
2<br />
⎝<br />
2<br />
0<br />
0<br />
−1<br />
1<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠
Juni 2009 17<br />
(b) Vis at {v 1 , v 2 } udgør en ortonormal basis <strong>for</strong> S ⊥ .<br />
(c) Gør rede <strong>for</strong> at T = {u 1 , u 2 , v 1 , v 2 } udgør en ortonormal basis <strong>for</strong> R 4 .<br />
(d) Fremstil e 1 = (1, 0, 0, 0) T som linearkombination <strong>af</strong> vektorerne i T .<br />
Opgave 5<br />
I denne opgave må din lommeregners eventuelle program til direkte at<br />
bestemme egenværdier og/eller egenvektorer ikke anvendes.<br />
Betragt matricen M givet ved:<br />
⎛<br />
1 0<br />
⎞<br />
1<br />
M = ⎝0 0 0⎠<br />
1 0 1<br />
(a) Bestem alle egenværdier med tilhørende egenvektorer <strong>for</strong> M.<br />
(b) Gør rede <strong>for</strong> at R 3 har en ortonormal basis bestående <strong>af</strong> egenvektorer <strong>for</strong><br />
M.<br />
(c) Bestem en ortogonal matrix Q, så Q T MQ = D hvor D er en diagonal<br />
matrix.