Oppgaver med LF
Transcription
Oppgaver med LF
Oppgaver Dag 2 1 Rang 1. La v (1) (2, 3, 1) , v (2) (1, 0, 1) og v (3) (0, 3, −1) . Definer A til å være 3 × 3-matrisen med nevnte vektorer som radvektorer. Regn ut Rank ( A ) . Er vektorene lineært uavhengige? Løsning: 2 3 1 0 3 −1 1 1 0 1 ∼ 1 0 1 ∼ 0 0 3 −1 0 3 −1 0 ikke lineært uavhengige. 0 3 0 1 −1 . Rangen blir 2 og vektorene er dermed 0 2. Gjør tilsvarende med vektorene v (1) (1, 0, 1) , v (2) (1, 1, 0) og v (3) (0, 1, 1) . Løsning: 1 0 1 1 1 1 0 ∼ 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 −1 ∼ 0 1 0 0 1 0 1 −1 . Rangen er 3 er de er lineært uavhengige. 2 3. Rank ( A ) Rank ( B ) betyr ikke at Rank ( A2 ) Rank ( B 2 ) . Finn et moteksempel. Løsning: " 1 La A 0 # " 0 0 og B 0 0 # 1 . 0 4. Vis at Rank ( AB ) Rank ( B T AT ) . Løsning: Bruk at Rank ( AB ) Rank (( AB ) T ) Rank ( B T AT ) . Første likhet bruker at kolonnerang er lik radrang. 5. Vis at hvis A ikke er kvadratisk så er enten kolonnevektorene eller radvek- 1 torene lineært avhengige. Løsning: Hvis A er en m × n-matrise og m < n så er Rank ( A ) ≤ m. Det følger at maksimalt m av de n kolonnene er lineært uavhengige. Tilsvarende for n < m. 2 Vektorrom 6. La A være matrisen fra oppgave 1. Bestem basiser for Row ( A ) , Col ( A ) og Null ( A ) . Hva er dimensjonene til vektorrommene? Løsning: Radrom: { (1, 0, 1) , (0, 3, −1) }, kolonnerom: { (2, 1, 0) , (3, 0, −1) }. Begge har dimensjon lik 2. Nullrom: Echelonform gir at x 3 t er en fri variabel og 3x 2 t, x2 t/3 og x 1 −x2 −t. Dermed er alle løsninger på formen t (−1, 1/3, 1) og en basis for nullrommet er { (−1, 1/3, 1) }. 7. Gjør tilsvarende for matrisen i oppgave 2. Siden Rank ( A ) 3 så er dim Null ( A ) 3−3 0. Dermed er Null ( A ) 0. Radrom: { (1, 0, 1) , (0, 1, −1) , (0, 0, 2) }, kolonnerom: { (1, 1, 0) , (0, 1, 1) , (1, 0, 1) }. 8 0 8. Finn basiser for radrom og kolonnerom matrisen 4 0 Løsning: 8 0 4 8 0 2 0 0 ∼ 4 0 2 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 2 0 4 4 0 . 2 0 4 0 . 0 0 Radrom: { (8, 0, 4) , (0, 2, 0) }, kolonnerom: { (8, 0, 4, 0) , (0, 2, 0, 4) }. 9. La V være mengden av alle vektorer v ( v1 , v2 , v3 ) slik at v1 + v2 0. Er V et vektorrom? Hvis ja, finn en basis for V og bestem dimensjonen til vektorromet. Løsning: Ja, det er vektorrom. Hvis v ( v1 , v2 , v3 ) og w ( w 1 , w 2 , w 3 ) så er αv 1 + βw 1 + αv2 + βw 2 α ( v1 + v2 ) + β ( w 1 + w 2 ) 0. En basis for vektorrommet er { (1, −1, 0) , (0, 0, 1) }. 10. La V være alle vektorer v ( v1 , v 2 , v3 ) slik at v1 ≥ 0. Er V et vektorrom? Hvis ja, finn en basis for V og bestem dimensjonen til vektorrommet. 2 Løsning: Nei, la α −1. Da er −v (−v1 , −v2 , −v 3 ) og −v1 < 0. 11. Finn tre forskjellige basiser for vektorromet R2 (alle vektorer ( v1 , v2 ) ). Løsning: { (1, 0) , (0, 1) }, { (1, 0) , (1, 1) }, { (10, 1) , (2, 1) }. 12. (Fra en Matte3-eksamen) La A være en m × n-matrise og B en n × p-matrise slik at AB 0. Vis at Col ( B ) er inneholdt i Null ( A ) . Bruk så dette til å vise at Rank ( A ) + Rank ( B ) ≤ n. Løsning: La v ∈ Col ( B ) . Da er Av 0 per antakelse og dermed er v ∈ Null ( A ) . n Rank ( A ) + dim Null ( A ) ≥ Rank ( A ) + dim Col ( B ) Rank ( A ) + Rank ( B ) . Her har vi brukt at hvis W er et underrom av V så er dim W ≤ dim V. 3 Invers av Matriser 3 −1 13. Bruk Gauss-Jordan til å finne inversen til −15 6 5 −2 1 −5 . 2 Løsning: 3 −1 1 1 0 0 3 −1 1 1 −15 6 −5 0 1 0 ∼ 0 0 1 0 −2 2 0 0 1 5 −2 2 0 5 0 1 −1 5 0 −3 0 1 0 5 0 0 1 0 1 3 ∼ 0 0 1 0 15 −6 6 0 0 3 15 −6 0 0 0 0 15 −5 5 5 0 0 1 3 ∼ 0 0 1 0 1 3 0 1 15 −6 6 0 0 3 1 1 −6 0 0 3 ∼ 0 −15 1 2 0 −1 Den inverse er 5 1 0 . 0 1 3 0 8 0 14. Bruk Gauss-Jordan til å finne inversen til 0 0 4 . 2 0 0 Løsning: 0 0 1/2 0 . Inversen er 1/8 0 0 1/4 0 3 1 0 0 0 1 0 5 0 2 1 1 0 0 3 −1 " cos 2θ 15. Vær kreativ og finn inversen til A − sin 2θ # sin 2θ . cos 2θ Løsning: Husk at cos2 θ + sin2 θ 1. Dermed er det rimelig å prøve en matrise med cos 2θ langs diagonalen. " cos 2θ Sjekk at sin 2θ # − sin 2θ er den inverse. cos 2θ 16. Vis at ( A2 ) −1 ( A−1 ) 2 . Løsning: A−1 A−1 AA A−1 IA A−1 A I og tilsvarende for AAA−1 A−1 . 17. Vis at ( AT ) −1 ( A−1 ) T . Løsning: AT ( A−1 ) T ( A−1 A ) T I T I og tilsvarende motsatt vei. 4