Cvičení z Lineární algebry 1

Podobné dokumenty
ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Program SMP pro kombinované studium

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

a + b + c = 2 b + c = 1 a b = a 1 2a 1 + a a 3 + a 5 + 2a 2 + a 2 + a

Lineární algebra : Lineární prostor

1 Lineární prostory a podprostory

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

Lineární algebra : Lineární zobrazení

Lineární zobrazení. 1. A(x y) = A(x) A(y) (vlastnost aditivity) 2. A(α x) = α A(x) (vlastnost homogenity)

α 1 α 2 + α 3 = 0 2α 1 + α 2 + α 3 = 0

6 Lineární geometrie. 6.1 Lineární variety

Lineární algebra : Metrická geometrie

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

10 Přednáška ze

NALG 001 Lineární algebra a geometrie 1, zimní semestr MFF UK Doba řešení: 3 hodiny

x 2 = a 2 + tv 2 tedy (a 1, a 2 ) T + [(v 1, v 2 )] T A + V Příklad. U = R n neprázdná množina řešení soustavy Ax = b.

prvního semestru oboru odborná informatika. Látka je rozložena do deseti kapitol, které jsou uspořádány v souladu se skripty [5]

Matematika B101MA1, B101MA2

Lineární algebra : Báze a dimenze

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA II, letní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 14.

Matice. Je dána matice A R m,n, pak máme zobrazení A : R n R m.

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

0.1 Úvod do lineární algebry

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

Zdrojem většiny příkladů je sbírka úloh 1. cvičení ( ) 2. cvičení ( )

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

8 Matice a determinanty

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

[1] Vzhledem ke zvolené bázi určujeme souřadnice vektorů...

Vektorový prostor. Př.1. R 2 ; R 3 ; R n Dvě operace v R n : u + v = (u 1 + v 1,...u n + v n ), V (E 3 )...množina vektorů v E 3,

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Okruhy, podokruhy, obor integrity, těleso, homomorfismus. 1. Rozhodněte, zda daná množina M je podokruhem okruhu (C, +, ): f) M = { a

Operace s maticemi. 19. února 2018

EUKLIDOVSKÉ PROSTORY

V: Pro nulový prvek o lineárního prostoru L platí vlastnosti:

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

ÚlohykpřednášceNMAG101a120: Lineární algebra a geometrie 1,

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

[1] x (y z) = (x y) z... (asociativní zákon), x y = y x... (komutativní zákon).

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

1 Řešení soustav lineárních rovnic

Vybrané kapitoly z matematiky

1 Vektorové prostory.

Základní pojmy teorie množin Vektorové prostory

0.1 Úvod do lineární algebry

Operace s maticemi

10. Vektorové podprostory

1 Vektorové prostory a podprostory

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

Slovo ALGEBRA pochází z arabského al-jabr, což znamená nahrazení. Toto slovo se objevilo v názvu knihy

Jedná se o soustavy ve tvaru A X = B, kde A je daná matice typu m n,

2. Určete jádro KerL zobrazení L, tj. nalezněte alespoň jednu jeho bázi a určete jeho dimenzi.

7 Analytické vyjádření shodnosti

Definice. Vektorový prostor V nad tělesem T je množina s operacemi + : V V V, tj. u, v V : u + v V : T V V, tj. ( u V )( a T ) : a u V které splňují

1 Soustavy lineárních rovnic

Četba: Texty o lineární algebře (odkazy na webových stránkách přednášejícího).

18. První rozklad lineární transformace

příkladů do cvičení. V textu se objeví i pár detailů, které jsem nestihl (na které jsem zapomněl) a(b u) = (ab) u, u + ( u) = 0 = ( u) + u.

Požadavky ke zkoušce. Ukázková písemka

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

[1] Motivace. p = {t u ; t R}, A(p) = {A(t u ); t R} = {t A( u ); t R}

3 Lineární kombinace vektorů. Lineární závislost a nezávislost

Četba: Texty o lineární algebře (odkazy na webových stránkách přednášejícího).

)(x 2 + 3x + 4),

Linearní algebra příklady

Těleso racionálních funkcí

Matematika 2 (Fakulta ekonomická) Cvičení z lineární algebry. TU v Liberci

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

a počtem sloupců druhé matice. Spočítejme součin A.B. Označme matici A.B = M, pro její prvky platí:

Afinita je stručný název pro afinní transformaci prostoru, tj.vzájemně jednoznačné afinní zobrazení bodového prostoru A n na sebe.

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

6.1 Vektorový prostor

ALG2: Lineární Algebra (Skripta Horák, jako doplněk i skripta Kovár v IS)

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

6. Vektorový počet Studijní text. 6. Vektorový počet

CVIČNÝ TEST 37. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 5 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

1 Determinanty a inverzní matice

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

1. LINEÁRNÍ ALGEBRA Vektory Operace s vektory... 8 Úlohy k samostatnému řešení... 8

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

2.1 Pokyny k otevřeným úlohám. Výsledky pište čitelně do vyznačených bílých polí. 2.2 Pokyny k uzavřeným úlohám

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

Vlastní čísla a vlastní vektory

Požadavky ke zkoušce

Vlastní číslo, vektor

Řešené úlohy z Úvodu do algebry 1

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

Transkript:

Cvičení z Lineární algebry Michael Krbek podzim 2003 2392003 Hodina Jsou dána komplexní čísla z = +2 i a w = 2 i Vyjádřete c algebraickém tvaru (z + w) 3,, (zw), z w 2 Řešte v komplexním oboru rovnice z 4 + 3 = 0, z 5 + = 0 3 Využijte komplexní čísla k důkazu, že spojnice vrcholů trojúhelníka se středy protilehlých stran se protínají v jediném bodě 4 Nechť z = Zapište v goniometrickém tvaru z a + z Potom ukažte, že výraz z + z určuje pro proměnný argument θ dvojici přímek v Gaussově rovině 5 Ukažte, že Möbiova transformace w = az + b b z + a, kde a, b C a a 2 = b 2, zobrazí kružnici z = samu na sebe 6 Řešte v Z p rovnice 2x + = 2, 4x + 3 = 0, kde p = 3, 5, 7 7 V Z 8 najděte všechna řešení rovnice 4x + 6 = 2 8 V Z 7 najděte všechna řešení rovnice x 3 = 9 V Z 5 najděte všechna řešení rovnice 2 3092003 x 3 + 2x = 2 Dělali jsme příklady z oddílu 22 sbírky úloh, na ftp://wwwmathmunicz/pub/math/people/ Cadek/lectures/linearni_algebra/sbirkaps 3 702003 3 Test V zbytkové třídě Z 9 řešte rovnici 4x + 7 = 8 2 Jedná se v případě zbytkové třídy Z 9 o těleso? Pokud ne, který z axiomů tělesa nesplňuje? 3 Uvažujte množinu množinu uspořádaných trojic (x, y, x + y), x, y R Dále je dána operace součtu vektorů a násobení vektoru skalárem, a to +: (x, y, x + y) + (x, y, x + y ) = (x + x, y + y, 0) : α(x, y, x + y) = (αx, αy, 0)

Určete zda se jedná o vektorový prostor Pokud ne, určete axiomy vektorového prostoru, které nejsou splněny 32 Hodina Příklady z oddílu 3 sbírky úloh, na ftp: //wwwmathmunicz/pub/math/people/cadek/ lectures/linearni_algebra/sbirkaps Najděte analogické vzorce k binomickým vzorcům n ( ) n (x + y) n = x k y n k k k=0 pro matice (pozor na nekomutativnost násobení) 2 Hamiltonovy kvaterniony H jsou příkladem nekomutativního tělesa Jedná se o čísla typu a + b i +c i 2 +d i 3, a, b, c, d R, pro jejichž násobení platí i 2 k =, k =, 2, 3, i i 2 = i 3 a dále cyklicky (a) Ukažte, že tato čísla splňují axiomy tělesa až na komutativitu násobení (b) Kvaterniony můžeme reprezentovat pomocí komplexních čtvercových matic řádu 2 ( ) a + i b c + i d H = c + i d a i b Dokažte to 4 402003 Příklady ze skript z kapitoly 4: Soustavy lineárních rovnic 2 Řešte v závislosti na parametru soustavu rovnic s rozšířenou maticí soustavy a a a a Obrázek : Šestistěn 3 Kirchhoffovy zákony Uvažujme nějakou elektrickou síť obsahující zdroje stejnosměrného proudu a spotrebiče (odpory) Formálně ji lze popsat jako graf o N uzlech, ve kterém každé hraně je přiřazena velikost a směr protékajícího proudu Tyto proudy vyhovují Kirchhoffovým zákonům proudy: napětí: a,(ab) I ab = 0 (ab) C U ab I ab R ab = 0, kde C je libovolný cyklus v H Vrcholy značíme a, b, spojnice mezi nimi (ab) U ab značí elektromotorické napětí zdroje vloženého mezi uzly b a a, obdobně pro proud I ab od uzlu b k uzlu a a R ab odpor mezi uzly a a b V první rovnici sčítáme přes všechny hrany (ab) procházející libovolným uzlem a Druhá rovnice platí pro všechny (orientované) smyčky C, sčítá se přes všechny hrany (ab) náležející smyčce Dokažme jednoznačnost řešení pro dané odpory R ab > 0 a elektromotorická napětí U ab (viz cvičení k učebnici Motl, Zahradník) 4 Mějme drátěný pravidelný šestistěn, každá z 9 hran má odpor R Spočtěte (viz obr) (a) napětí mezi protilehlými vrcholy, pokud jsou na nich přívody a protékající proud je I (b) napětí mezi sousedními vrcholy, pokud jsou na nich přívody a protékající proud je I

5 202003 5 Test Řešte soustavu rovnic pro neznámé a, b 2 Řešte soustavu rovnic 3a 2b = 4a + 5b = 3 7a + 3b = 2 ax + y 2z = x y + z = 0 ( + a)y z = b, s reálnými parametry a, b 52 Hodina Příklady z kapitoly 5 skript 2 Určete matici inverzní k blokové matici řádu n ( ) A B, C D kde A je čtvercová matice řádu k, D čtvercová matic řádu n k, C a D jsou obdélníkové matice patřičných řádů 6 42003 6 Písemka Může vektorový prostor obsahovat dva nulové prvky? Pokud ano, uveďte příklad, pokud ne dokažte! 2 Řešte soustavu rovnic v R s reálným parametrem a danou v maticovém tvaru a a a a a 2 3 Určete inverzní matici k matici 3 3 2 2 2 4 Je dán elektrický obvod ve tvaru krychle Odpor každé strany dolní podstavy je R, odpor každé strany horní podstavy je 3R, odpor ostatních stran je 2R Na dva sousední vrcholy spodní podstavy je připojen zdroj tak, že protéká proud I Určete proudy protékající stranami krychle 62 Hodina Příklady z oddílu 6 a 62 sbírky 7 2003 7 Hodina Příklady z oddílu 62 a 7 sbírky 72 Test Jsou dány podprostory L = (,, 0, 0), (0,,, 0), (0, 0,, ) L 2 = (, 0,, 0), (0, 2,, ), (, 2,, 2) Určete dimenzi a bázi L a L 2 2 Určete dimenzi a bázi součtu L + L 2 8 82003 Příklady z kapitoly 8 skript

9 252003 9 Test Zapište lineární zobrazení f : R 3 R 3 v kanonických bázích R 3 pomocí matice f(x) = Ax Zobrazení je dáno jako otočení o úhel π/4 kolem osy y Najděte obraz vektoru o souřadnicích (,, ) v kanonické bázi tímto zobrazením 2 Určete jádro a obor hodnot lineárního zobrazení f : Mat 2 (R) Mat 2 (R) daného předpisem 92 Hodina f(x) = AX XA, ( ) 0 A = 0 Konec kapitoly 8, kapitola 9 kde Důkaz věty: Nechť f : V W je lineární zobrazení Pak platí dim Ker f + dim Im f = dim V Označme h = dim Im f a zvolme v oboru hodnot libovolnou bázi {f,, f h } Ukážeme, že jejich libovolně vybrané vzory, označené {e,, e h } jsou po zobrazení lineárně nezávislé; tedy protože {e,, e h } jsou LN, platí a e + + a h e h = 0 V a taky f(a e + + a h e h ) = f(0 V ) a f(e ) + + a h f(e h ) = 0 W a f + + a h f h = 0 W Argument lze také otočit Protože jsou {f,, f h } LN, jsou i {e,, e h } LN a označíme L f podprostor jimi generovaný Ukážeme, že V = L f Ker f (a) Dokážeme, že L f Ker f = 0 V Uvažujeme libovolný vektor p L f Ker f Musí platit p L f a tedy p = p e + + p h e h, z toho plyne f(p) = p f + +p h f h Zároveň p Ker f a tedy f(p) = 0 W Tedy p = = p h = 0 a p = 0 V, což jsme chtěli ukázat (b) Vezmeme s V libovolný f(s) Im f, takže f(s) = s f + s h f h = s f(e ) + + s h f(e h ) = f(s e + + s h e h ) a vektor s je tedy tvaru s = k + s e + s h e h, kde k Ker f Takže L f Ker f = V a odtud již máme dokazované tvrzení 0 222003 0 Hodina Je dáno zobrazení f : V 3 W 2, které je v bazích e, e 2, e 3 prostoru V 3 a f, f 2 prostoru W 2 dáno jako f(e ) = 2f 2 f, f(e 2 ) = f, f(e 3 ) = 3f + f 2 Zapište toto zobrazení v maticovém tvaru Uvažujme jinou bázi ē = e e 2, ē 2 = e 2 e 3, ē 3 = e 3 + e v prostoru V 3 Vyjádřete zobrazení f v bazích ē i a f j Uvažujme jinou bázi f = f +2f 2, f 2 = 2f f 2 v prostoru W 2 Vyjádřete zobrazení f v bazích e i, f j Vyjádřete zobrazení f v bazích ē i, f j 2 Příklady ze skript z kapitoly 9 922003 Písemka Určete parametry a, b, c tak, aby měla soustava rovnic ax + by = c cx + ay = b bx + cy = a

právě jedno řešení 2 Uvažujte vektorový prostor matic dimenze dvě Mat 2 (R) nad tělesem reálných čísel a jeho podmnožinu A = (a ij ) matic takových, že a + a 22 = 0 (bezestopé matice) (a) Ukažte, že se jedná a vektorový podprostor (b) Napište nějakou jeho bázi (c) Doplňte tuto bázi na bázi prostoru Mat 2 (R) a napište v této bázi souřadnice jednotkové matice 3 Ve vektorovém prostoru R 4 jsou dány podprostory V = [(,,, ), (0,, 0, )] a V 2 = [(, 0, 0, ), (0,,, 0), (0,,, )] Spočtěte průnik V V 2 podprostorů V a V 2 4 Ve vektorovém prostoru polynomů stupně nejvýše tři R 3 [x] proměnné x jsou dány báze α = (, + x, x 2, x + x 3 ) a β = ( + x 2, x 2, x + x 3, x x 3 ) Najděte matici přechodu (a) od α k β (b) od β k α 2 Hodina Příklady z kapitoly 9 2 622003 2 Hodina Determinanty Spočtěte determinant matic 2 3 3 4 5, 6 7 8 2 4 6 2 7, 3 4 5 2 3 4 3 0 2 0 0 0 2 2 Spočtěte determinant čtvercové matice řádu n 2 n n 3 Spočtěte determinant čtvercové matice řádu n 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 Dokažte, že platí tzv Cramerovo pravidlo 5 Dokažte, že determinant antisymetrické matice lichého řádu je roven nule 6 Určete rekurentní vztah pro determinant tridiagonální matice (tj matice, která má nenulové prvky pouze na, nad a pod hlavní diagonálou) 7 Uvažujte matici ( ) A B, C D kde A resp D jsou čtvercové matice řádu k a l Uvažujte matici F řádu k a matici G typu l/k Čemu jsou rovnají determinanty matic ( ) ( ) F A F B A B a? C D C + GA D + GB 8 Dokažte vzorec pro tzv Vandermondeův determinant x (x ) 2 (x ) n x 2 (x 2 ) 2 (x 2 ) n = i x j ) i>j(x x n (x n ) 2 (x n ) n