Et IA, grudzień 2013

PrzykÃladowe zadania z egzamin´

ow i zalicze´

n poprawkowych z algebry.

1. (3pkt.) Podaj wzór de Moivre’a. Zastosuj ten wzór do obliczenia ( − 1 + i)10.

2. (3pkt.) Podaj definicj¸e macierzy nieosobliwej. Czy iloczyn macierzy nieosobliwych tego samego stopnia jest macierz¸a nieosobliw¸a? Odpowiedź uzasadnij.

3. (3pkt.) Ile rozwi¸azań może mieć ukÃlad n równań liniowych z n niewiadomymi? Podaj odpowied-nie warunki i przykÃlady.

4. (3pkt.) Podaj definicj¸e j¸adra i obrazu odwzorowania liniowego oraz zwi¸azek mi¸edzy ich wymi-arami.

5. (3pkt.) Podaj definicj¸e wymiaru przestrzeni wektorowej. Ile jest równy wymiar przestrzeni generowanej przez wektory v 1 = (1 , 0 , 2 , 4) , v 2 = ( − 1 , 2 , 4 , 6) , v 3 = ( − 3 , 2 , 0 , − 2) , v 4 =

( − 2 , 0 , − 4 , − 8)?

6. (3pkt.) Podaj definicj¸e iloczynu wektorowego. Jaka jest interpretacja geometryczna dÃlugości wektora ~u×~v? Znajdź wektor jednostkowy prostopadÃly do dwóch danych wektorów ~u = (1 , 2 , 3) i ~v = ( − 1 , 0 , 2).

7. a) (5pkt.) Na pÃlaszczyźnie zespolonej zaznacz zbiór

½

¾

π

3 π

A = z ∈ C : |z + i| ≤ | 1 − i| 2 ∧

≤ Arg z ≤

.

4

4

b) (5pkt.) W zbiorze liczb zespolonych C rozwi¸aż równanie

z 2 = ¯

z.









0

0 − 1

0 − 1 − 1

8. (10 pkt.) Dane s¸a macierze A =  0

1

2  oraz B =  2

1

0 .

2 − 1

4

0 − 4

3

a) Wyznacz macierz odwrotn¸a do macierzy A;

b) Wyznacz macierz X speÃlniaj¸ac¸a równanie AX + B = I, I oznacza macierz jednostkow¸a.

9. a) (4pkt.) Zbadaj ilość rozwi¸azań ukÃladu równań





 −x +

y +

z + 2 t =

1

 2 x − 3 y − 2 z + 3 t =

2



 −x + 2 y +

z + 5 t = − 1



x − 3 y −

z + 2 t =

4



 2 x −

y +

z = 1

b) (6pkt.) Rozwi¸aż ukÃlad równań

x − 3 y −

z = 2 .

 3 x + y − 2 z = 0

10. a) (6pkt.) Dane jest odwzorowanie liniowe L : R3 → R3 , L( x, y, z) = ( x + 2 y, y − z, −y + z).

Napisz macierz tego odwzorowania w bazach kanonicznych. Wyznacz j¸adro odwzorowania L

oraz jego baz¸e.

b) (4pkt.) Sprawdź, czy wektory v 1 = (0 , − 1 , − 2 , 5), v 2 = (0 , 0 , − 1 , 2), v 3 = (0 , − 1 , 0 , 3), v 4 = (0 , 0 , 0 , 2) tworz¸a baz¸e przestrzeni wektorowej R4.

√

11. a) (6pkt.) Sprawdź, czy liczba z

3

0 =

− i jest pierwiastkiem wielomianu W ( z) = z 24 − 1 .

2

2

b) (6pkt.) W zbiorze liczb zespolonych C rozwi¸aż równanie z 2 − 6 z + 9 − 8 i = 0 .

12. a) (4pkt.) Wymień wÃlasności wyznacznika macierzy.

b) (3pkt.) Ile wynosi wyznacznik macierzy C = 3 A− 1 BT , jeśli macierze A i B s¸a macierzami kwadratowymi trzeciego stopnia, detA = 2 oraz detB = 3?

13. a) (2pkt.) Jak¸a macierz nazywamy macierz¸a nieosobliw¸a?









0

0

1

0 − 1 − 1

b) (10pkt.) Dane s¸a macierze A = 

0

1 − 1  oraz B =  2

1

0 .

− 2 − 1

1

0 − 4

3

Wyznacz macierz odwrotn¸a do macierzy A, a nast¸epnie macierz X speÃlniaj¸ac¸a równanie A( X+

I) = B, I oznacza macierz jednostkow¸a.

14. a) (3pkt.) SformuÃluj twierdzenie Kroneckera-Capellego.

b) (10pkt.) Zbadaj ilość rozwi¸azań ukÃladu równań





 −x +

y +

w −

z + 2 t =

1

 −x

− 3 z + 2 t =

2





−

y −

w +

z + 3 t = − 3

 2 x − 2 y − 2 w + 5 z + 2 t = − 6

Jeżeli ukÃlad ma rozwi¸azanie, wyznacz je.

15. (10pkt.) Dla odwzorowania liniowego L : R3 → R4 , L( x, y, z) = ( x − y, x − z, y − z, y − x) wyznacz j¸adro, obraz oraz ich bazy i wymiary.

16. (6pkt.) Podaj definicj¸e iloczynu mieszanego wektorów w przestrzeni R3. Wyznacz obj¸etość czworościanu o wierzchoÃlkach P 1 = (1 , 1 , 1) , P 2 = ( − 1 , 0 , 1) , P 3 = (5 , 6 , 7) , P 4 = (2 , 3 , 1).

17. a) (6pkt.) W zbiorze liczb zespolonych C rozwi¸aż równanie z 4 = i 6 − 15 .

b) (6pkt.) Wyznacz cz¸eść rzeczywist¸a, moduÃl oraz argument gÃlówny liczby zespolonej 4

z =

.

− 2 + 2

1 −i





0 3 0 0 0





 1 0 2 3 0 

18. a) (8pkt.) Oblicz wyznaczniki macierzy A = 



 2 0 0 4 0  oraz B = 1 A 2( AT ) − 1 .

2

 3 0 4 5 0 

0 8 0 0 2





− 2 1

1

£

¤

19. (10pkt.) Dane s¸a macierze A = 

1 0 − 2  oraz B =

1 − 4 1 .

0 0

1

Wyznacz macierz odwrotn¸a do macierzy A, a nast¸epnie macierz X speÃlniaj¸ac¸a równanie A 2 X = −BT .

20. a) (3pkt.) Jaki ukÃlad równań nazywamy ukÃladem Cramera? SformuÃluj twierdzenie o rozwi¸azaniach tego ukÃladu.

b) (10pkt.) Zbadaj ilość rozwi¸azań ukÃladu równań



 x

+ 2 y − 3 z = 1

3 x −

y

+ 2 z = 7

 5 x + 3 y − 4 z = 9

Jeżeli ukÃlad ma rozwi¸azanie, wyznacz je.

21. (10pkt.) Dla odwzorowania liniowego L : R3 → R2 , L( x, y, z) = ( x − 3 y + z, − 2 x + 6 y − 2 z) wyznacz j¸adro, obraz oraz ich bazy i wymiary.

22. (7pkt.) a) Napisz równanie pÃlaszczyzny przechodz¸acej przez trzy punkty P 1 = (0 , 1 , 0) , P 2 =

( − 1 , 0 , 1) , P 3 = (5 , 6 , 7),

b) Napisz równanie prostej przechodz¸acej przez punkt P 1, prostopadÃlej do pÃlaszczyzny z punktu a) .

³

√ ´24

23. a) (6pkt.) Podaj wzór de Moivre’a. Oblicz − 1

√ − i 6

.

2

2

¡

¢

b) (6pkt.) Liczb¸e z = 3+ i − 2 i 3 2 zapisz w postaci algebraicznej. Wyznacz cz¸eść rzeczywist¸a, 1+2 i

moduÃl oraz argument gÃlówny liczby z.

24. a) (4pkt.) Czy każde dwie macierze można dodać, pomnożyć? Jeśli nie, jakie musz¸a być speÃlnione warunki, aby można byÃlo wykonać te dziaÃlania?

b) (4pkt.) UzupeÃlnij wzory ( A + B) T = .... , ( AB) T = .... , ( AT ) T = .... , ( AB) − 1 = ....









− 1

0

2 − 1

·

¸

12

6

25. (10pkt.) Dane s¸a macierze A = 

1

1 , B =  0

3 , C =

.

9 − 12

0 − 1

1

4

Wyznacz macierz ( AT B) − 1, a nast¸epnie rozwi¸aż równanie macierzowe ( AT B) X = C.

26. (10pkt.) Zbadaj ilość rozwi¸azań ukÃladu równań





 x

+ y − 2 z −

t

+

u

= 0

 2 x − y + z + 2 t − 3 u = 0 .



 3 x − y − 2 z +

t

− 2 u = 0

 2 x + y − 5 z − 2 t + 2 u = 0

Jeżeli ukÃlad ma rozwi¸azanie, wyznacz je.

27. a) (6pkt.) Dane jest odwzorowanie liniowe

L : R2 3 ( x, y) −→ ( x − 3 y, − 2 x + 6 y, −x + 3 y) ∈ R3 .

Napisz macierz tego odwzorowania w bazach kanonicznych oraz wyznacz KerL i jego baz¸e.

b) (6pkt.) Podaj definicj¸e bazy i wymiaru przestrzeni wektorowej. Ile jest równy wymiar przestrzeni generowanej przez wektory v 1 = (1 , − 1 , 1 , − 1 , 1) , v 2 = (1 , 1 , 0 , 0 , 3) , v 3 = (3 , 1 , 1 , − 1 , 7)?

28. (8pkt.) Podaj definicj¸e iloczynu skalarnego i iloczynu mieszanego wektorów w przestrzeni R3.

Jaka jest interpretacja geometryczna iloczynu mieszanego? Wyznacz iloczyn skalarny wektorów ( − 1 , 0 , 2) i (4 , 1 , 0).