Tehtäväsarja I Kertaa tarvittaessa materiaalin lukuja 1 3 ja 9. Tarvitset myös luvusta 4 määritelmän 4.1.

Samankaltaiset tiedostot
Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

Vektoreiden virittämä aliavaruus

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Vektorien virittämä aliavaruus

Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

Oppimistavoitematriisi

HY / Avoin yliopisto Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II, kesä 2015 Harjoitus 1 Ratkaisut palautettava viimeistään maanantaina klo

Oppimistavoitematriisi

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II Syksy 2009 Laskuharjoitus 1 ( ) Ratkaisuehdotuksia Vesa Ala-Mattila

3x + y + 2z = 5 e) 2x + 3y 2z = 3 x 2y + 4z = 1. x + y 2z + u + 3v = 1 b) 2x y + 2z + 2u + 6v = 2 3x + 2y 4z 3u 9v = 3. { 2x y = k 4x + 2y = h

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

10 Matriisit ja yhtälöryhmät

Ennakkotehtävän ratkaisu

Ortogonaalisen kannan etsiminen

Johdatus lineaarialgebraan

Ominaisarvoon 4 liittyvät ominaisvektorit ovat yhtälön Ax = 4x eli yhtälöryhmän x 1 + 2x 2 + x 3 = 4x 1 3x 2 + x 3 = 4x 2 5x 2 x 3 = 4x 3.

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

Vapaus. Määritelmä. Vektorijono ( v 1, v 2,..., v k ) on vapaa eli lineaarisesti riippumaton, jos seuraava ehto pätee:

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

Tehtäväsarja I Kerrataan lineaarikuvauksiin liittyviä todistuksia ja lineaarikuvauksen muodostamista. Sarjaan liittyvät Stack-tehtävät: 1 ja 2.

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Insinöörimatematiikka D

2.5. Matriisin avaruudet ja tunnusluvut

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

s = 11 7 t = = 2 7 Sijoittamalla keskimmäiseen yhtälöön saadaan: k ( 2) = 0 2k = 8 k = 4

Insinöörimatematiikka D

JAKSO 2 KANTA JA KOORDINAATIT

Matriisilaskenta. Harjoitusten 3 ratkaisut (Kevät 2019) 1. Olkoot AB = ja 2. Osoitetaan, että matriisi B on matriisin A käänteismatriisi.

Insinöörimatematiikka D

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

LU-hajotelma. Esimerkki 1 Matriisi on yläkolmiomatriisi ja matriisi. on alakolmiomatriisi. 3 / 24

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

Matriisilaskenta, LH4, 2004, ratkaisut 1. Hae seuraavien R 4 :n aliavaruuksien dimensiot, jotka sisältävät vain

Johdatus lineaarialgebraan

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

Esimerkki 8. Ratkaise lineaarinen yhtälöryhmä. 3x + 5y = 22 3x + 4y = 4 4x 8y = r 1 + r r 3 4r 1. LM1, Kesä /68

Johdatus lineaarialgebraan

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Matematiikka B2 - TUDI

ominaisvektorit. Nyt 2 3 6

Matriisien tulo. Matriisit ja lineaarinen yhtälöryhmä

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/210

Ortogonaalinen ja ortonormaali kanta

Matriisilaskenta (TFM) MS-A0001 Hakula/Vuojamo Ratkaisut, Viikko 47, 2017

Avaruuden R n aliavaruus

Käänteismatriisin ominaisuuksia

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 5, Syksy 2015

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Insinöörimatematiikka D

Lineaarialgebra (muut ko)

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/81

MS-A0004/MS-A0006 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6 / vko 42

Matriisialgebra harjoitukset, syksy x 1 + x 2 = a 0

Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt Laskuharjoitus 1 / vko 44

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

Kurssin loppuosassa tutustutaan matriiseihin ja niiden käyttöön yhtälöryhmien ratkaisemisessa.

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

Insinöörimatematiikka D

Käänteismatriisi 1 / 14

802120P Matriisilaskenta (5 op)

Matriisipotenssi. Koska matriisikertolasku on liitännäinen (sulkuja ei tarvita; ks. lause 2), voidaan asettaa seuraava määritelmä: ja A 0 = I n.

Insinöörimatematiikka D

5 Lineaariset yhtälöryhmät

Seuraava luento ti on salissa XXII. Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/117

x 2 x 3 x 1 x 2 = 1 2x 1 4 x 2 = 3 x 1 x 5 LINEAARIALGEBRA I Oulun yliopisto Matemaattisten tieteiden laitos 2014 Esa Järvenpää, Hanna Kiili

Gaussin ja Jordanin eliminointimenetelmä

802118P Lineaarialgebra I (4 op)

802320A LINEAARIALGEBRA OSA III

1 Matriisit ja lineaariset yhtälöryhmät

Talousmatematiikan perusteet: Luento 11. Lineaarikuvaus Matriisin aste Käänteismatriisi

Neliömatriisin adjungaatti, L24

Lineaarialgebra II, MATH.1240 Matti laaksonen, Lassi Lilleberg

Similaarisuus. Määritelmä. Huom.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Kanta ja Kannan-vaihto

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Lineaarinen yhtälöryhmä

Johdatus lineaarialgebraan

Kanta ja dimensio 1 / 23

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Ratkaisuehdotukset LH 7 / vko 47

Talousmatematiikan perusteet: Luento 10. Lineaarikuvaus Matriisin aste Determinantti Käänteismatriisi

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Määritelmä 1. Olkoot V ja W lineaariavaruuksia kunnan K yli. Kuvaus L : V. Termejä: Lineaarikuvaus, Lineaarinen kuvaus.

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

Kohdeyleisö: toisen vuoden teekkari

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

Transkriptio:

HY / Avoin yliopisto Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, kesä 2015 Harjoitus 2 Ratkaisut palautettava viimeistään maanantaina 25.5.2015 klo 16.15. Tehtäväsarja I Kertaa tarvittaessa materiaalin lukuja 1 3 ja 9. Tarvitset myös luvusta 4 määritelmän 4.1. 1. (a) Kirjoita suuntajanat BD ja CS vektoreiden ā, b ja c lineaarikombinaatioina. (b) Päteekö AQ span(ā, b)? Entä RD span(ā, b)? Ks. määritelmä 4.1. R Q C D c B S b P ā A 2. Merkitään A = ( 3, 1, 2), B = (2, 4, 1) ja C = (12, 0, 1). Tarkastellaan tasoa T, joka kulkee pisteiden A, B ja C kautta. Kirjoita taso T muodossa { p + s w + t v s, t R}. 3. Määritä se taso T, joka sisältää suoran S = {( 3, 1, 2) + t(1, 0, 5) t R} ja kulkee pisteen P = (1, 2, 4) kautta. Anna vastauksesi muodossa { p + s w + t v s, t R}. 4. Oletetaan, että matriisit A ja B ovat kääntyviä samantyyppisiä neliömatriiseja. Ratkaise seuraavista yhtälöistä matriisi X ja sievennä vastauksesi mahdollisimman pitkälle. Lauseesta 9.12 voi olla apua, ehkä myös lauseesta 9.3. (a) (A 1 X) 1 = (AB 1 ) 1 (AB 2 ) (b) ABXA 1 B 1 = I + A 5. Opiskelija kiiruhtaa tenttiin. Hänen on tenttiin päästäkseen ylitettävä soutuveneellä 0,5 km leveä joki. Soutuveneen nopeus tyynessä vedessä on 3 km/h. Joki kuitenkin virtaa 2 km/h ja vaikka opiskelija suuntaa veneen keulan suoraan toista rantaa kohti, kuljettaa virta venettä mukanaan. (a) Kuinka kauas alavirtaan vene ehtii kulkea ennen rantautumista? (b) Kuinka kauan matka joen toiselle rannalle kestää?

Tehtäväsarja II Tutustu kurssimateriaalin lukuun 4, jossa vektorit virittävät aliavaruuksia. 6. Merkitään v = (5, 2). (a) Kirjoita vektorin v virittämä avaruuden R 2 aliavaruus span( v) joukkona samaan tapaan kuin määritelmässä 4.1. (b) Luettele neljä alkiota vektorin v virittämästä aliavaruudesta span( v). (c) Piirrä kuva vektorin v virittämästä aliavaruudesta span( v). 7. Merkitään v 1 = (3, 2, 1) ja v 2 = (6, 4, 5). (a) Kirjoita vektorien v 1 ja v 2 virittämä avaruuden R 3 aliavaruus span( v 1, v 2 ) joukkona samaan tapaan kuin määritelmässä 4.1. (b) Luettele neljä alkiota vektorien v 1 ja v 2 virittämästä aliavaruudesta span( v 1, v 2 ). (c) Jos piirtäisit kuvan vektorien v 1 ja v 2 virittämästä aliavaruudesta span( v 1, v 2 ), miltä se näyttäisi? Voit hahmotella mallikuvan tai selittää sanallisesti. Kolmiulotteista kuvaa ei tarvitse piirtää. 8. Tarkastellaan avaruuden R 2 osajoukkoa S = {(1, 3) + t(2, 5) t R}. (a) Valitse kaksi vektoria joukosta S. Kuuluuko niiden summa joukkoon S? Piirrä kuva tilanteesta. (b) Tutustu lauseeseen 4.4. Voitko a-kohdan ja lauseen 4.4 avulla päätellä, onko S joidenkin vektorien virittämä avaruuden R 2 aliavaruus? Tehtäväsarja III Jatketaan vektorien virittämän aliavaruuden käsitteen opiskelua. 9. Tässä tehtävässä kannattaa välttää turhia laskuja. (a) Pitääkö paikkansa, että (3, 8, 4) span((1, 0, 0), (0, 2, 0))? (b) Pitääkö paikkansa, että (3, 9, 15) span((1, 3, 5), (2, 6, 7))? 10. Oletetaan, että v, w R n. Osoita, että v ja w ovat aliavaruuden span( v, v + w) alkioita. 11. Oletetaan, että s, t R. Vektoria b = (s 3t, 2s+2t) voidaan muokata seuraavasti: b = (s 3t, 2s + 2t) = (s, 2s) + ( 3t, 2t) = s(1, 2) + t( 3, 2). Viimeisestä muodosta nähdään, että b span((1, 2), (3, 2)). Käytä samaa tekniikkaa ja etsi jotkin virittäjävektorit avaruuden R 3 aliavaruudelle T = {(s 2t, 2s 4t, s + 2t) s, t R}.

Tehtäväsarja IV Tutustu kurssimateriaalin lukuun 5, jossa ratkaistaan lineaarisia yhtälöryhmiä. 12. Ratkaise Gaussin Jordanin eliminointimenetelmällä lineaarinen yhtälöryhmä x 1 + 2x 2 + 3x 3 = 14 x 1 2x 2 + x 3 = 0 4x 1 + 2x 2 = 8 13. Gaussin Jordanin eliminointimenetelmällä on päädytty alla oleviin matriiseihin. Määritä yhtälöryhmien ratkaisut. 1 0 0 5 1 0 0 8 1 0 5 3 (a) 0 1 0 6 (b) 0 1 0 1 (c) 0 1 1 0 0 0 1 3 0 0 1 0 0 0 0 1 14. Gaussin Jordanin eliminointimenetelmällä on päädytty alla oleviin matriiseihin. Määritä yhtälöryhmien ratkaisut. (a) Tehtäväsarja V 1 0 1 0 4 0 1 5 0 9 0 0 0 1 8 (b) 1 0 0 3 0 1 0 0 0 0 1 9 0 0 0 0 (c) 1 6 0 2 0 4 0 0 1 5 0 3 0 0 0 0 1 7 Tämän sarjan tehtävät ovat automaattisesti tarkastettavia tehtäviä, jotka löytyvät Moodlesta https://geom.mathstat.helsinki.fi/moodle/course/view.php?id=301. Kurssiavain on lineaari15. Linkki tehtäviin löytyy myös kurssin kotisivulta. Ennen tehtävien tekemistä sinun pitää rekisteröidä kurssitunnuksesi (muotoa abc-1203) käyttäjätunnukseksi osoitteessa https://geom.mathstat.helsinki.fi/moodle/login/index.php. Ohjeet löytyvät myös kurssin sivulta. 15. Ratkaise Moodlessa harjoituksen 2 tehtävä 15. 16. Ratkaise Moodlessa harjoituksen 2 tehtävä 16. 17. Ratkaise Moodlessa harjoituksen 2 tehtävä 17. Tehtäväsarja VI Tämän tehtäväsarjan avulla harjoitellaan MATLABin (tai FreeMatin) käyttöä. 18. Tämän tehtävän vastausta ei tarvitse kirjoittaa ratkaisupaperiin. (a) Määrittele MATLABissa matriisi A=[4-11 12 10 0 50 5 7 1 6-7 0 3-10 -12-11 8 4 5 5] (b) Muuta edellisen kohdan matriisi redusoiduksi porrasmatriisiksi komennolla rref(a).

19. Ratkaise Matlabin rref-komennon avulla yhtälöryhmä 3x 2 6x 3 + 6x 4 + 4x 5 = 5 3x 1 7x 2 + 8x 3 5x 4 + 8x 5 = 9 3x 1 9x 2 + 12x 3 9x 4 + 6x 5 = 15. Kirjoita ratkaisupaperiisi yhtälöryhmän ratkaisu. 20. Maalari, lvi-asentaja ja sähköasentaja perustavat yhteisyrityksen ja sopivat työskentelevänsä sen puitteissa joka viikko kymmenen tuntia seuraavan aikataulun mukaan: Työntekijä Maalari Lvi-asentaja Sähköasentaja Maalari 2 1 5 Palvelun ostaja Lvi-asentaja 4 5 1 Sähköasentaja 4 4 4 Taulukon ensimmäisestä sarakkeesta näkyy esimerkiksi, että maalari tekee 2 tuntia töitä itselleen, neljä tuntia töitä lvi-asentajalle ja neljä tuntia töitä sähköasentajalle. Taulukon ensimmäiseltä riviltä näkyy, että maalari maksaa itselleen kahden tunnin työstä, lvi-asentajalle yhden tunnin työstä ja sähkömiehelle viiden tunnin työstä. Verotuksen vuoksi jokaisen heistä pitää määrätä työlleen tuntipalkka. He sopivat valitsevansa tuntipalkkansa niin, että jokainen saa rahaa yhteensä yhtä paljon kuin joutuu toisille maksamaan. Mitkä tuntipalkat heidän tulisi valita, jos tuntipalkkojen pitää olla kokonaislukuja välillä 30e... 60e? Muodosta tilannetta kuvaava lineaarinen yhtälöryhmä ja ratkaise se joko tietokoneen avulla tai käsin. Tehtäväsarja VII Tutustu kurssimateriaalin lukuun 10, jossa tutustutaan alkeismatriiseihin ja opetellaan etsimään käänteismatriiseja Gaussin Jordanin eliminointimenetelmää käyttäen. 21. (a) Laske matriisitulo 1 2 2 x 3 1 2 y. 0 1 4 z (b) Tarkastellaan yhtälöryhmää 2x 1 x 2 = 3 x 1 + 3x 2 + x 3 = 2 2x 1 + x 3 = 1. Kirjoita yhtälöryhmä matriisimuodossa A x = b. Toisin sanottuna päättele matriisi A ja vektorit x ja b siten, että yhtälöryhmä vastaa matriisiyhtälöä A x = b.

Tehtävissä 22 23 tarkastellaan matriiseja 1 2 1 1 1 0 1 2 1 1 2 1 A = 1 1 1 B = 1 1 1 C = 1 1 1 D = 3 1 3. 1 1 0 1 2 1 2 1 1 2 1 1 22. Päättele, mikä alkeismatriisi E toteuttaa annetun yhtälön: (a) EA = B (b) EB = A (c) EA = C (d) EC = A (e) EC = D (f) ED = C. 23. Onko olemassa alkeismatriisi E, jolla EA = D? Perustele, miksi sellainen on olemassa tai miksi sellaista ei ole. Tehtäväsarja VIII Tämän tehtäväsarjan laskuissa voi käyttää MATLABia tai FreeMatia. Tehtävissä 24 25 tarkastellaan matriiseja 1 1 2 2 0 1 A = 3 1 2 ja B = 1 5 1. 2 3 1 2 3 0 24. Tämän tehtävän avulla tutustutaan kappaleessa 10.2 esitettyyn menetelmään käänteismatriisin määrittämiseksi. (a) Tutki, onko matriisi A kääntyvä. Jos on, määritä sen käänteismatriisi A 1. (b) Tutki, onko matriisi B kääntyvä. Jos on, määritä sen käänteismatriisi B 1. Ohjeet MATLABin / FreeMatin käyttäjille: Määrittele MATLABissa matriisi A ja ykkösmatriisi I = eye(3). Yhdistä nämä matriisiksi C = [A I]. Muuta se redusoiduksi porrasmatriisiksi komennolla rref(c). Jos matriisi A on kääntyvä, löytyy sen käänteismatriisi myös komennolla inv(a). 25. (a) Tutustu lauseeseen 10.1. (b) Oletetaan, että M on matriiseista A ja B se, joka on kääntyvä. Ratkaise yhtälöryhmät M x = b 1 ja M x = b 2, missä b 1 = (1, 2, 3) ja b 2 = ( 7, 5, 2), käyttäen hyväksi käänteismatriisia M 1.