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

Samankaltaiset tiedostot
4. Lasketaan transienttivirrat ja -jännitteet kuvan piiristä. Piirielimien arvot ovat C =

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

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

. Mitä olisivat y 1 ja y 2, jos tahdottaisiin y 1 (0) = 2 ja y 2 (0) = 0? x (1) = 0,x (2) = 1,x (3) = 0. Ratkaise DY-ryhmä y = Ay.

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

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.

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 5, Syksy 2015

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

Matematiikka B2 - TUDI

Ennakkotehtävän ratkaisu

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

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

1 Matriisit ja lineaariset yhtälöryhmät

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Käänteismatriisi 1 / 14

Ominaisarvot ja ominaisvektorit 140 / 170

3 Lineaariset yhtälöryhmät ja Gaussin eliminointimenetelmä

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

802118P Lineaarialgebra I (4 op)

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Matriisi-vektori-kertolasku, lineaariset yhtälöryhmät

2.5. Matriisin avaruudet ja tunnusluvut

Käänteismatriisin ominaisuuksia

Talousmatematiikan perusteet: Luento 11. Lineaarikuvaus Matriisin aste Käänteismatriisi

MS-A0003/A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6

Numeeriset menetelmät

Insinöörimatematiikka D

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

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

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

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

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Osittaistuenta Gaussin algoritmissa: Etsitään 1. sarakkeen itseisarvoltaan suurin alkio ja vaihdetaan tämä tukialkioiksi (eli ko. rivi 1. riviksi).

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Ortogonaalisen kannan etsiminen

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Esimerkki 4.4. Esimerkki jatkoa. Määrää matriisin ominaisarvot ja -vektorit. Ratk. Nyt

Talousmatematiikan perusteet: Luento 10. Lineaarikuvaus Matriisin aste Determinantti Käänteismatriisi

Insinöörimatematiikka D

Kohdeyleisö: toisen vuoden teekkari

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

Lineaarinen yhtälöryhmä

Matriisilaskenta Laskuharjoitus 5 - Ratkaisut / vko 41

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Insinöörimatematiikka D

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Ratkaisuehdotukset LH 3 / alkuvko 45

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio

Lineaarialgebra II, MATH.1240 Matti laaksonen, Lassi Lilleberg

Vektoreiden virittämä aliavaruus

(a) Järjestellään yhtälöitä siten, että vasemmalle puolelle jää vain y i ja oikealle puolelle muut

Paikannuksen matematiikka MAT

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

Harjoitus Tarkastellaan luentojen Esimerkin mukaista työttömyysmallinnusta. Merkitään. p(t) = hintaindeksi, π(t) = odotettu inflaatio,

Lineaarialgebra, kertausta aiheita

Matriisilaskenta Luento 16: Matriisin ominaisarvot ja ominaisvektorit

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

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

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. ( )

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

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.

Matriisit ja vektorit Matriisin käsite Matriisialgebra. Olkoon A = , B = Laske A + B, , 1 3 3

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Insinöörimatematiikka D

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

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

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

Insinöörimatematiikka D

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Kanta ja Kannan-vaihto

Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt Harjoitus 4 / Ratkaisut

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

10 Matriisit ja yhtälöryhmät

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

3.2.2 Tikhonovin regularisaatio

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

Matemaattinen Analyysi / kertaus

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 8. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 8 () Numeeriset menetelmät / 35

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

ominaisvektorit. Nyt 2 3 6

1 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

Matriisiteoria Harjoitus 1, kevät Olkoon. cos α sin α A(α) = . sin α cos α. Osoita, että A(α + β) = A(α)A(β). Mikä matriisi A(α)A( α) on?

Transkriptio:

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 7, Syksy 206 Tutkitaan yhtälöryhmää x + y + z 0 2x + y + az b ax + y + 2z 0 (a) Jos a 0 ja b 0 niin mikä on yhtälöryhmän ratkaisu? Tulkitse ratkaisu myös geometrisesti (b) Millä vakioiden a ja b arvoilla yhtälöryhmällä ei ole ratkaisuja? 2 Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa (a) Tunnemme virtauksen suuruuden ja suunnan viidessä kohdassa joihin se on merkitty Muodosta yhtälöryhmä joka kuvaa virtauksia ja muotoile se matriisimuodossa (b) Voidaanko virtaus ratkaista kohdissa, jotka on kuvassa merkitty x x 4? Jos voidaan, mikä tämä ratkaisu on? Onko ratkaisu yksikäsitteinen? (c) Jos tuntisimmekin kuvaan x i :illä merkityt virtaukset mutta emme muita, voitaisiinko nämä muut virtaukset ratkaista yksikäsitteisesti? Perustele vastauksesi (a) Tutkitaan reaktioyhtälöä x CaCO + x 2 HCl x CaCl 2 + x 4 H 2 O + x 5 CO 2 Muodosta yhtälö Ax b jossa x siis sisältää siis reaktiossa esiintyvien molekyylien määrät silloin kun atomitasapaino pysyy voimassa ja kaikki vasemman puolen molekyylit muuttuvat oikean puolen molekyyleiksi Huom Yleensä reaktioyhtälöitä kirjoitettaessa ei lukuja x i kirjoiteta näkyviin, tässä teimme sen selvyyden vuoksi (b) Mieti mikä täytyy edellisen kohdan matriisin A aste olla kun molekyylit toki muodostuvat reaktiossa aina samojen sääntöjen mukaan 4 Oletetaan nyt että edellisen tehtävän yhtälöryhmä on ratkaistu Gauss-Jordan eliminaatiolla siten että alkuperäinen yhtälöryhmää kuvaava laajennettu matriisi A b on pyöritelty Gauss-Jordan eliminaation loppumuotoon, ja olkoon tämä lopullinen matriisi B Ajattelemme nyt että B:n alkiot ovat tunnettuja (toki voit itse ne laskea, mutta voi olla vähän työlästä) Viittaamalla sopivasti B:n alkioihin ja käyttämällä sopivaa käänteismatriisia, anna ratkaisu x tapauksessa jossa x 0 9 Vastuksen voi siis jättää symboliseen muotoon 5 Tasossa liikkuvaan kappaleeseen kohdistuu kolme voimaa joita kuvaavat vektorit f 5 2, f 2 2 ja f (a) Määritä vektoreiden f ja f 2 välinen kulma (b) Määritä vektori f jos tiedetään että kappaleella ei ole kiihtyvyyttä, eli voimavektoreiden summa on nollavektori

(c) Nyt kappaleella onkin kiihtyvyyttä Määritä kaikki vektorit f joilla kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima on vektorin f suuntainen (eli kiihtyvyys on myös vektorin f suuntainen) 6 Lentokone lähtee pisteestä r 0 i + j + k ja lentää vektorin v i + 2j + k suunnassa Kuinka lähellä lentokone lähimmillään käy taloa joka on pisteessä (2,,0)? 7 Ajatellaan tilannetta missä kahdella eri alueella elää samoja eliöitä Eliöt kuitenkin siirtyvät alueelta toiselle vuosittain seuraavasti: x i "eliöiden lukumäärä vuonna i alueella " y i "eliöiden lukumäärä vuonna i alueella 2" { xi+ 09x i + 02y i y i+ 0x i + 08y i (a) Merkitään tilavektoria t i x i, y i T Kirjoita yllä oleva yhtälöryhmä matriisimuodossa At i t i+ (b) Onko sellaista tilaa että seuraavana vuonna populaatio on jakautunut täsmälleen samoin alueille ja 2 mitä se oli edellisenä vuonna? Eli voiko olla t i+ t i? (c) Miten systeemi käyttäytyy jos alkutila t 0? Ratkaisu: (a) (b) xi+ y i+ 09 02 0 08 Huomaa että käytännössä matriisin sarakkeen arvot kertovat aina kuinka paljon alueen entisistä asukkaista muuttaa millekin alueelle seuaavaksi vuodeksi Asukkaiden yhteismäärä alueilla ei vähene eikä koska sarakkeen alkioiden summa on aina At i t i 0 At i It i 0 (A I)t i 0 xi y i 09 02 0 0 08 0 0 02 0 0 02 0 +R 0 02 0 ( 0) 0 0 0 ( ) xi 2y i 0 x i 2y i xi 2yi t i y i y i 2 y i,y i R +

Alueen populaation suhde alueen 2 populaatioon on oleva 2y i y i 2 (c) t At 0 t 2 At AAt 0 A 2 t 0 t At 2 AA 2 t 0 A t 0 t n A n t 0 ( ) Käyttämällä hyväksi matriisin A ominaisarvoja ja ominaisvektoreita saadan näppärästi laskettua A n t 0 : Etsitään ensin ominaisarvot ja ominaisvektorit λ λ 2 07 2 v v 2 ja kirjoitetaan sitten t 0 matriisiiin A ominaisvektoreiden avulla: t 0 C v + v 2 2 C +C 2 2 C }{{}}{{}}{{} b B C b BC ( B ) B b } B {{ B} C I B b C Kun muistetaan että eli 2 C 4 C A n v i A n Av i A n λ i v i λ i A n 2 Av i λ i A n 2 λ i v i λ 2 i A n 2 v i λ n i v i t n A n t 0 A n (C v + v 2 ) C A n v + A n v 2 4 v 07n v 2 07 n n 0

Ajan kuluessa populaatiot konvergoivat kohti tilaa 4 v 4 2 8 4 8 Jatketaa edellisen tehtävän eliöiden pohtimista Oletetaanpa että alueella syntyvyys on sellainen että populaatio lisääntyy vuosittain -kertaiseksi ja alueella 2 syntyvyys on niin heikko että vain 70% jää vuosittain henkiin (a) Kirjoita matriisimuodossa populaatioiden tilan kehitystä kuvaavat yhtälöt kun oletetaan että siirtymisiä ei tapahdu (b) Miten tilanne muuttuu kun kuolemien/syntymien jälkeen tehdään edellisessä tehtävässä kuvatun kaltaisia populaatioiden siirtelyjä? Etsi siis kerroinmatriisi B se t i+ Bt i (c) Onko nyt sellaista alkutilaa että populaatiot eri alueilla pysyvät vakioina? Eli onko tilaa t i se t i+ t i? (d) Mikä on tila n vuoden jälkeen jos alussa se on t 0? Ratkaisu: (a) xi+ y i+ 0 0 07 0 (b) Olkoon nyt matriisi C Syntymien ja kuolemien jälkeen tilavektori on siis Ct 0 07 i ja nyt tämän jälkeen siis tulee siirtymät eli syyrtymien jälkeinen tilavektori t i+ ACt i Siis 09 07 02 matriisi B AC 0 07 08 (c) t i+ ACt i t i ACt i t i 0 xi (AC I)t i 0 ( ) 09 02 0 0 xi 0 0 08 0 07 0 y i 0 ( ) 09 07 02 0 xi 0 0 07 08 0 y i 0 09 07 02 xi 0 0 07 08 y i 0 07 04 xi 0 0 044 y i 0 07 04 0 0 044 0 0 0 0 0 x 0 y i 0 y i

(d) t ACt 0 t 2 ACt ACACt 0 (AC) 2 t 0 t ACt 2 AC(AC) 2 t 0 (AC) t 0 t n (AC) n t 0 Voidaan tehdä kuten ennenkin hajottamalla t 0 muotoon t 0 C v + v 2 missä v ja v 2 ovat matriisin AC ominaisvektoreita, olettaen että tälläiset vektorit löytyy matlab: λ 985 λ 2 055 09799 v 0995 0242 v 09768 t 0 C v + v 2 09799 0242 0995 09768 }{{} V C V 449 089 t n (AC) n t 0 (AC) n (C v + v 2 ) (AC) n C v + (AC) n v 2 C (AC) n v + (AC) n v 2 C λ n v + λ n 2 v 2 449 985 n 09799 0995 C + 084 055 n 0242 09768

Vastauksia: Teht#: Teht#2: Teht#: Teht#4: Teht#5: Teht#6: Teht#7: a) b) t i y i 2 c) 4 v 4 2 8 4 Teht#8: a) b) c) x 0, y i 0 d) t n 449 985 n 09799 + 084 055 0995 n 0242 09768