Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 51
|
Министерство образования СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
2003
1(Т85.РП). Найдите матрицу D=(AC-AB), если 2 -2 1 -3 5 2 -3 4 (В ответ ввести вторую строку матрицы D.) Решение: а*с= 1 0 * 3 4 4 = 1*3+0*1 1*4+0*(-3) 1*4+0*5 = 3 4 4 2 -2 1 -3 5 2*3+(-2)*1 2*4-2*(-3) 2*4-2*5 4 14 -2 2 -2 2 -3 4 2*(-3)-2*2 2*1-2*(-3) 2*4-2*4 -10 8 0 D=А*С-А*В= 3 4 4 _ -3 1 4 = 3-(-3) 4-1 4-4 = 6 3 0 4 14 -2 -10 8 0 4-(-10) 14-8 -2-0 14 6 -2 Ответ :14 , 6 , -2. 1 1 1 0 1 2 2 1 0 3 2 2 Решение: 1 1 1 0 1 2 2 1 = 0 3 2 2 Умножим третью строку на (-2) и сложим с четвёртой строкой , результат запишем в четвёртую строку: 1 1 1 0 = 1 2 2 1 = -2 -1 -2 0 Данный определитель разложим по элементам четвёртого столбца : = 1*(-1) * 1 1 1 = -2 -1 -2 Умножим вторую строку на (-2) и сложим с первой, результат запишем в первую строку . Умножим вторую строку на 2 и сложим с третьей , результат запишем в третью строку . = - 1 1 1 = - (-1) 1+3
* (-1) * 1 1 = 1-0 =1; 0 1 0 0 1 Ответ: D = 1. 1 2 1 1 1 -1 X* 4 3 -2 = 16* -1 2 3 -5 -4 -1 0 -1 -2 . Решение: A*X=B , X=A-1
*B 1 2 1 det A= 4 3 -2 = 1*3*(-1)+1*4*(-4)+2*(-2)*(-5)-1*3*(-5)-2*4*(-1)-1*(-2)*(-4)= -5 -4 -1 =-19+20+15-8+8=16 ; det= 16 ≠ 0; А1
1
= 3 -2 = -3 –8 = -11 -5 -1 А1
3
= 4 3 = -16+15 = -1 A2
1
= - 2 1 = -(-2+4) = -2 -4 -1 -5 -1 -5 -4 A3
2
= - 1 1 = - (-2-4) = 6 A3
3
= 1 2 = 3 –8 = -5 4 3 А-1
= 14/16 4/16 6/16 -1/16 -6/16 -5/16 -11/16 -2/16 -7/16 1*16 1*16 -1*16 Х = 14/16 4/16 6/16 * -1*16 2*16 3*16 = -1/16 -6/16 -5/16 0*16 -1*16 2*16 -11*1+(-2*(-1))+(-7*0) -11*1+(-2*2)+(-7*(-1)) -11*(-1)+(-2*3)+(-7*2) = 14*1+4*(-1)+6*0 14*1+4*2+6*(-1) 14*(-1)+4*3+6*2 = -9 -8 -9 = 10 16 10 5 -8 -27 Ответ : Х = : -9 , -8 , -9 : 10 , 16 , 10 : 5 , -8 , -27 . 1 2 -2 1 последняя строка матрицы А = 2 -3 3 2 является линейной комбинацией первых 1 -1 1 2 8 -7 p 11 трёх строк? Решение : Вычислим detA: det A = 2 -3 3 2 = 0 -7 7 0 = 3 -3 -1 = 3 -3 -1 = 1 -1 1 2 0 3 -3 -1 23 -16-p -3 14 -7-p 0 8 -7 p 11 0 23 -16-p -3 14 -7-p Если detA=0 , то ранг матрицы А равен двум , т.е. 7p – 49 = 0 , p = 7. Третья строка по теореме о базисном миноре является комбинацией первых двух . Обозначим коэффициенты этой комбинации через λ1
и λ2
, λ3
,тогда (8,-7,7,11) = λ1
(1,2,-2,1)+ + λ2
(2,-3,3,2) + λ3
(1,-1,1,2); 2λ1
- 3λ2
- λ3
= -7 -2λ1
+ 3λ2
+ λ3
= 7 λ1
+ 2λ2
+ 2λ3
= 11 Решим данную систему методом Гаусса : 7λ2
+ 3λ3
= 23 2) 7λ2
+ 9 = 23 7λ2
+ 3λ3
= 23 7λ2
= 14 λ3
= 3 λ2
= 2 3) λ1
+ 2*2 + 3 =8 λ1
= 1 коэффициенты линейных комбинаций λ1
= 1 ; λ2
= 2 ; λ3
= 3 ; Ответ : (8,-7,7,11) = 1(1,2,-2,1)+ 2(2,-3,3,2) + 3(1,-1,1,2) . 5. Относительно канонического базиса в R3
даны четыре вектора f1
(1,1,1) , f2
(1,2,3) , f3
(1,3,6), x(4,7,10). Докажите, что векторы f1
, f2
, f3
можно принять за новый базис в R3
. (ТР0.РП) . Найдите координаты вектора x в базисе fi
. 1 3 6 0 2 5 2 5 Так как ∆ ≠ 0 , то векторы f1
, f2
, f3
образуют базис трёхмерного пространства R3
Для вычисления координат вектора x в этом базисе составим систему линейных уравнений : х1
+ 2х2
+ 3х3
= 7 х1
+ 3х2
+ 6х3
= 10 2х2
+ 5х3
= 6 х2
+ 2х3
= 3 2) х2
+ 0= 3 х1
= 4 - 3 х3
= 0 х2
= 0 х1
= 1 х1
= 1 , х2
= 0 , х3
= 0 . Решение этой системы образует совокупность координат вектора x в базисе f1
, f2
, f3
x(1;3;0); x = f1
+ 3f2
+ 0f3
; x = f1
+ 3f2
. Ответ : координаты вектора x (1;3;0). 6. Докажите , что система х1
+ х2
+ х3
= 3, х1
+ 2х2
+ 2х3
+ х4
= 3, 3х2
+ 2х3
+2х4
= 3 имеет единственное решение . (362).Неизвестное х2
найдите по формулам Крамера . (0М1.РЛ) . Решите систему методом Гаусса . Решение: Составим матрицу из коэффициентов при переменных А = 1 1 1 0 1 2 2 1 0 3 2 2 2 2 1 0 2 2 1 0 2 2 1 1 1 0 ∆ = 1 1 1 0 = 1 1 1 0 = (-1)3+4
* 1 1 1 = - 1 1 1 = 1 2 2 1 1 2 2 1 -2 -1 -2 0 1 0 0 3 2 2 -2 -1 -2 0 0 1 ∆ ≠ 0, тогда система имеет решение х2
= ∆ х2
/∆ ∆ х2
= 1 3 1 0 = 1 3 1 0 = (-1)3+4
* 1 3 1 = - 1 5 0 = 1 3 2 1 1 3 2 1 -2 -3 -2 0 3 0 = -(-1)1+3
* 1 5 = ( 3 + 0 ) = 3 0 8 х2
= 3 /1 = 3. Решим систему методом Гаусса х1
+ х2
+ х3
= 3 х1
+ 2х2
+ 2х3
+ х4
= 3 3х2
+ 2х3
+2х4
= 3 - х3
= 2 3х2
+ 2х3
+2х4
= 3 х2
+ х3
+ х4
= 0 - х3
- х4
= 3 х3
= -2 1) х3
= - 2 3) х2
- 2 - 1= 0 2) 2 - х4
= 3 х2
= 3 х4
= -1 4) х1
+ 3 - 2 = 3 х1
= 2 Проверка : 2 + 3 – 2 =3, 3 = 3 4 + 3*3 – 2 = 8, 8 = 8 2 + 6 – 4 – 2 = 3, 3 =3 9 – 4 – 2 = 3 , 3 = 3. Ответ : х1
= 2 , х2
= 3 , х3
= - 2 , х4
= -1. 7. Дана система линейных уравнений 9х1
+ х2
- 2х3
- х4
= 7, х1
- х2
- х4
= -1, х1
+ х2
- х3
-3х4
= -2. Докажите ,что система совместна . Найдите её общее решение . (392.БЛ). Найдите частное решение , если х4
= 1 . Доказательство : Система линейных уравнений совместна тогда и только тогда , когда ранг основной матрицы системы равен рангу расширенной матрицы . А = 9 1 -2 -1 7 → 0 -8 7 26 25 → 0 0 3 18 21 =0 1 -1 0 -1 -1 0 -2 1 2 1 0 -2 1 2 1 1 1 -1 -3 -2 1 1 -1 -3 -2 1 1 -1 -3 -2 Первая и вторая строка пропорциональны следовательно А = 0. Поэтому ранг матрицы и расширенной матрицы равны 3 поэтому система является совместной . Решим систему методом Гаусса : запишем последнее уравнение на первое место : 3х1
+ х2
- х3
- х4
= 2 9х1
+ х2
- 2х3
- х4
= 7 С = 3 1 -1 -1 2 → 0 2 -2 -8 -8 → 0 2 -2 -8 -8 → 9 1 -2 -1 7 0 8 -7 -26 -25 0 0 -1 -6 -7 1 -1 0 -1 -1 0 2 -1 -2 -1 0 0 -1 -6 -7 → 2х2
- 2х3
-8х4
= -8 - х3
-6х4
= -7. 1) х3
= 7 - 6х4
2) х2
- х3
-4х4
= -4 х2
= х3
+ 4х4
- 4 х2
= 7 - 6х4
+ 4х4
- 4 х2
= 3 - 2х4
3) х1
= - х2
+ х3
+ 3х4
- 2 х1
= - 3+ 2х4
+ 7 - 6х4
+ 3х4
– 2 х1
= 2-х4 .
Получаем общее решение системы : х1
= 2-х4
х2
= 3 - 2х4
х3
= 7 - 6х4.
Найдём частное решение , если х4
= 1 тогда х1
= 2– 1 = 1; х2
= 3 – 2*1 = 1; х3
= 7 – 6*1 =1. Ответ : (1;1;1;1) – частное решение . 8. Дана система линейных однородных уравнений 3х1
- 2х2
- 3х3
-3х5
= 0, х1
- 3х2
+ 2х3
-5х4
-2х5
= 0. Докажите , что система имеет нетривиальное решение . Найдите общее решение системы . Найдите какую-нибудь фундаментальную систему решений Доказательство : Система имеет нетривиальное решение тогда и только тогда , когда ранг её матрицы меньше числа неизвестных .В этом случае ранг матрицы не больше трёх , а переменных в системе пять . Решим систему методом Гаусса . Запишем матрицу системы : А = 3 -2 3 0 -3 → 0 9 -5 9 5 │*7 → 1 -3 2 -5 -2 0 7 -3 15 3 │*(-9) → 0 9 -5 9 5 0 0 -8 -72 8 9х2
- 5х3
+ 9х4
+5х5
= 0 -8х3
-72х4
+8х5
= 0 1) 8х3
= -72х4
+ 8х5
х3
= - 9х4
+ х5
2) 9х2
+ 45х4
- 5х5
+ 9х4
+5х5
= 0 9х2
+ 36х4
= 0 х2
= - 4х4
3) х1
+12х4
- 18х4
+ 2х5
- 5х4
-2х5
= 0 х1
- 11х4
= 0 х1
=11х4
Общее решение системы : х1
=11х4
х2
= - 4х4
х3
= - 9х4
+ х5
Найдём фундаментальную систему решений , положив х4
= 1 , х5
= 0. х1
=11*1 = 11, х2
= - 4*1 = -4, х3
= - 9*1 + 0 = -9. Пусть х4
= 0, х5
= 1. х1
=11*0 = 0, х2
= - 4*0 = 0, Ответ : (11;-4;-9;1;0) (0; 0; 1; 0; 1). 9 (3СА). Найдите площадь параллелограмма , построенного на векторах а = 2р + 3r, b = p –2r , | p | = √2 , | r | = 3, (p,^r) = 45° . Решение : S =| [а , b] | = | [2р + 3r , p –2r] | = | 2[p , p] - 4[p, r ] + 3[r , p] -6[r , r] | [p , p] = 0 , [r , r] = 0 , [r , p] = - [p, r ] . S = | 7[r , p] | = 7| r | * | p | * sinφ S = 7 * 3 * √2 * sin 45° = 21 * √2 * √2 / 2 =21 . Ответ :S =21 . 10 (78Т). Вычислите ПрBD
[BC ,CD] , если B(6,3,3) ; C(6,4,2) ; D(4,1,4) . Решение : Найдём координаты векторов BD = ( 4 – 6 , 1 – 3 , 4 – 3 ) = ( - 2 ; - 2 ; 1 ), BC = ( 6 – 6 , 4 – 3 , 2 – 3 ) = ( 0 ; 1 ; - 1 ), CD = ( 4 – 6 , 1 – 4 , 4 – 2 ) = ( - 2 ; - 3 ; 2 ). Найдём векторное произведение : [BC ,CD] = 0 1 -1 = i (2 – 3) – j (0 –2) + k (0 + 2) = - i + 2j + 2k . -2 -3 2 Пусть [BC ,CD] = а , тогда а = ( -1 ; 2 ; 2 ) ПрBD
а = ( BD , a ) /| BD | ( BD , a ) = -2*( -1 ) – 2*2 + 1*2 = 2 –4 + 2 = 0 . ПрBD
а = 0 . Ответ : ПрBD
а = 0 . 11. Линейный оператор А действует в R3
→ R3
по закону Ax = (- х1
+ 2х2
+ x3
, 5х2
, 3х1
+ 2х2
+ х3
), где х( х1
, х2
, х3
) – произвольный вектор .(125.РП). Найдите матрицу А этого оператора в каноническом базисе . Докажите , что вектор х(1,0 ,3) является собственным для матрицы А .(Т56). Найдите собственное число λ0
,соответствующее вектору х . (Д25.РП). Найдите другие собственные числа , отличные от λ0
. Найдите все собственные векторы матрицы А и сделайте проверку . Решение : Ax = (- х1
+ 2х2
+ x3
; 5х2
; 3х1
+ 2х2
+ х3
) Найдём матрицу в базисе l1
, l2
, l3
Al
1
= (-1 ; 2 ;1) Al
2
= (0 ; 5 ; 0) Al
3
= (3 ; 2 ; 1) A = 0 5 0 3 2 1 . Докажем , что вектор х = (1 ,0 ,3) является собственным для матрицы А. Имеем Aх = 0 5 0 * 0 = 0 + 0 + 0 = 0 = 2 * 0 3 2 1 3 3 + 0 + 3 6 3 . Отсюда следует , что вектор х = (1 ,0 ,3) собственный и отвечает собственному числу λ = 2 . Составляем характеристическое уравнение : 0 5 – λ 0 = 0 3 2 1 – λ (5 – λ)*((-1 – λ)*(1 – λ) – 3) = 0 5 – λ = 0 или λ2
–1 – 3 = 0 λ2
= 4 λ= ±2 λ1
= 2 , λ2
= -2 , λ3
= 5 . 7х2
= 0 3х1
+ 2х2
+ 3х3
= 0 3х1
+ 3х3
= 0 Пусть х3
= 1 ,тогда х1
= -1 , имеем собственный вектор х1
= (-1 ;0 ;1) . -1 2 1 -1 1 + 0 + 1 2 -1 A = 0 5 0 * 0 = 0 + 0 + 0 = 0 = -2 * 0 3 2 1 1 -3 + 0 + 1 -2 1 Следовательно , х1
= (-1 ;0 ;1) собственный вектор и отвечает собственному числу λ = -2. 3х1
+ 2х2
- 4х3
= 0 -9х1
+ 5х3
= 0 х1
= 5/9 х3
-6*(5/9 х3
) + 2х2
+ х3
= 0 -10/3 х3
+ х3
+ 2х2
= 0 2х2
= 7/3 х3
х2
= 7/6 х3 .
Пусть х3
= 18 , тогда х1
= 10 , х2
= 21 . Вектор х2
= (10 ;21 ;18) собственный вектор . -1 2 1 10 -10 + 42 + 18 50 10 A = 0 5 0 * 21 = 0 + 105 + 0 = 105 = 5 * 21 3 2 1 18 30 + 42 + 18 90 18 . Ответ : матрица в каноническом базисе : -1 , 2 , 1 : 0 , 5 , 0 : 3 , 2 , 1; вектор х = (1 ,0 ,3) собственный и отвечает собственному числу λ = 2 , х1
= (-1 ;0 ;1) собственный вектор и отвечает собственному числу λ = -2 , х2
= (10 ;21 ;18) собственный и отвечает собственному числу λ = 5 . Решение : Найдём угловой коэффициент прямой 2х + 3y + 5 = 0. 3y = -2x –5 y = -2/3 x – 5/3 κ = -2/3 Так как исходная прямая параллельна данной , то её угловой коэффициент равен κ = -2/3 . Уравнение прямой имеющей угловой коэффициент κ и проходящей через точку М(х0
,y0
) записывается в виде y – y0
= κ(x – x0
). Имеем y – 4 = -2/3 (x – 1) 3y – 12 = -2x + 2 2х + 3y - 14 = 0. Ответ : 2х + 3y - 14 = 0 – уравнение искомой прямой . 13(3А2.РП).Найдите координаты проекции точки М(3,6) на прямую х + 2y – 10 = 0. Решение : Пусть N – проекция точки М на данную прямую . Составим уравнение прямой MN угловой коэффициент заданной прямой х + 2y – 10 = 0 равен κ1
= -1/2 , тогда угловой коэффициент прямой MN равен κ2
= 2 . Тогда уравнение MN имеет вид y – y0
= 2(x – x0
) . Для определения координат точки N решим систему уравнений y – y0
= 2(x – x0
) , x0
= 3 , y0
= 6 . y – 6= 2(x – 3) -2х + y = 0 4y = 20 y = 4 2х = y х = Ѕ y х = Ѕ * 4 = 2 х = 2 . Ответ : координаты проекции точки М(3,6) на прямую х + 2y – 10 = 0 N(2,4). 14(103.БЛ). Запишите общее уравнение плоскости , походящей через три заданные точки M1
(-6,1,-5) , M2
(7,-2,-1) , M3
(10,-7,1) . Решение : Уравнение плоскости , проходящей через 3 точки имеет вид x2-x1 y2-y1 z2-z1 = 0 x3-x1 y3-y1 z3-z1 7+6 -2-1 -1+5 = 0 10+6 -7-1 1-5 13 -3 4 = 0 16 -8 -4 -8 -4 16 -4 16 -8 + (z + 5)*(-104+48) = 0 (x –6)*44 - (y – 1)*(-116) + (z + 5)*(-56) = 0 11*(x –6) + 29*(y – 1) – 14*(z + 5) = 0 11x – 66 + 29y – 29 – 14z – 70 = 0 11x + 29y – 14z – 165 = 0 . Ответ : общее уравнение плоскости 11x + 29y – 14z – 165 = 0 . 15.Дана кривая 4x2 – y2 – 24x + 4y + 28 = 0 . 8.1.Докажите , что эта кривая – гипербола . 8.2 (325.Б7).Найдите координаты её центра симметрии . 8.3 (Д06.РП).Найдите действительную и мнимую полуоси . 8.4 (267.БЛ). Запишите уравнение фокальной оси . 8.5. Постройте данную гиперболу . Решение : Выделим полные квадраты 4(x2 – 6x + 9) – 36 – (y2 – 4y + 4) + 4 + 28 = 0 4(x – 3)2 – (y – 2)2 – 4 = 0 4(x – 3)2 – (y – 2)2 = 4 ((x – 3)2/1) – ((y – 2)2/4) = 1 Положим x1
= x – 3 , y1
= y – 2 , тогда x1
2/1 – y1
2/4 =1 . Данная кривая является гиперболой . Определим её центр x1
= x – 3 = 0 , x = 3 y1
= y – 2 = 0 , y = 2 (3 ; 2) - центр . Действительная полуось a =1 . Мнимая полуось b =2 . Уравнение асимптот гиперболы y1
= ± b/ax1
(y – 2) = (± 2/1)*(x – 3) y –2 = 2x – 6 и y – 2 = -2(x – 8) 2x – y – 4 = 0 2x + 2y – 8 = 0 x + y – 4 = 0 . Определим фокусы гиперболы F1
(-c ; 0) , F2
(c ; 0) c2 = a2 + b2 ; c2 = 1 + 4 = 5 c = ±√5 F1
(-√5; 0) , F2
(√5 ; 0). F1
′(3 - √5; 2) , F2
′ (3 + √5; 2). Уравнение F1
′ F2
′ (x – 3 + √5) / (3 + √5 – 3 + √5) = (y – 2) /(2 – 2) ; y = 2 Ответ: (3 ; 2) , действительная полуось a =1 , мнимая полуось b =2, (x – 3 + √5) / (3 + √5 – 3 + √5) = (y – 2) /(2 – 2) ; y = 2 . 16.Дана кривая y2 + 6x + 6y + 15 = 0. 16.1.Докажите , что эта кривая – гипербола . 16.2(058.РП). Найдите координаты её вершины . 16.3(2П9). Найдите значения её параметра p . 16.4(289.РП). Запишите уравнение её оси симметрии . 16.5.Постройте данную параболу . Решение : Выделим полный квадрат при переменной y (y2 + 6y + 9) + 6x + 6 = 0 (y + 3)2 = - 6(x + 1) . Положим y1
= y + 3 , x1
= x + 1 . Получим y1
2 = ±6x1
. Это уравнение параболы вида y2 = 2px , где p = -3 . Данная кривая является гиперболой . Так как p<0 , то ветви параболы в отрицательную сторону. Координаты вершины параболы y + 3 = 0 x + 1 = 0 y = -3 x = -1 (-1 ; -3) – вершина параболы . Уравнение оси симметрии y = -3. Ответ : (-1 ; -3) – вершина параболы , p = -3 , уравнение оси симметрии y = -3 .
| ||||||||||||||||||||||||||||||