Egzamin z Algebry, 21 VI 2011 godz. 12.00

1. Zadanie wstępne

Nr

Zadanie

Odp.

√

1

Zapisać w postaci kanonicznej (algebraicznej) liczbę zespoloną z = u + v 2 i

jeżeli

u = cos π + i sin π , v = cos 3 π + i sin 3 π

4

4

4

4

Rozwiązanie:

√

√

√

√

u =

2 + 2 i , v = − 2 + 2 i 2

2

2

2

√

√

√

√

√

z =

2 + 2 i − 2 + 2 i =

2 i

2

2

2

2

√

2

Obliczyć kąt między wektorem ~

w = [2 , − 3 ,

3] i osią Ox układu współrzęd-

π

3

nych.

Rozwiązanie:

~

u = [1 , 0 , 0]

wersor osi Ox

~

u · ~

w

2

1

cos α =

= √

=

|~

u| · | ~

w|

16 · 1

2

α = π 3

3

Dla danych wektorów ~

w = [1 , 1 , 0] oraz ~

u = [1 , 0 , 1] obliczyć ~

u ◦ (2 ~

u × ~

w)

0

Rozwiązanie:

Wektor 2 ~

u × ~

w jest prostopadły do wektora ~

u więc ~

u ◦ (2 ~

u × ~

w) = 0

√

4

Obliczyć odległość środka okręgu: x 2 + y 2 − 2 x − 4 y + 1 = 0 od początku 5

układu współrzędnych

Rozwiązanie:

( x − 1)2 − 1 + ( y − 2)2 − 4 + 1 = 0

( x − 1)2 + ( y − 2)2 = 4 = ⇒ S(1 , 2) środek okręgu

O(0 , 0)

początek układu współrzędnych

√

q

d = SO =

(1 − 0)2 + (2 − 0)2 =

5

5

Dla jakich wartości parametru p rząd macierzy A jest równy 2?

− 3



1 1 − 1

0 

A = 

1 3

0

2 





− 1 p

0 − 2

Rozwiązanie:

Widać, że dla p = − 3 wiersz drugi i trzeci są proporcjonalne, a wiersze pierwszy i drug nie więc rząd jest równy 2.

1 − 1

0

Skreślamy pierwszą kolumnę: 3

0

2 = − 2 p − 6 6= 0 dla p 6= − 3

p

0 − 2

Dla p 6= − 3 mamy rz A = 3

1

2. Rozwiązać równanie z 4 − 3 iz 2 + 4 = 0 , z ∈ C

Rozwiązanie:

Podstawiamy t = z 2

t 2 − 3 it + 4 = 0

∆ = − 9 − 16 = − 25

√∆ = 5 i

3 i + 5 i

t 1 =

= 4 i

2

3 i − 5 i

t 2 =

= −i

2

Rozwiązujemy równanie

z 2 = 4 i

4 i = 4(cos π + i sin π ) postać trygonometryczna

2

2

√

π

π

+ 2 kπ

+ 2 kπ

z

2

2

k =

4 cos

+ i sin

, k = 0 , 1

2

2

√

√

z 0 = 2(cos π + i sin π ) =

2 + i 2

4

4

√

√

z 1 = 2(cos 5 π + i sin 5 π ) = − 2 − i 2

4

4

Rozwiązujemy równanie

z 2 = −i

−i = 1(cos 3 π + i sin 3 π ) postać trygonometryczna

2

2

3 π + 2 kπ

3 π + 2 kπ

z

2

2

k = cos

+ i sin

, k = 0 , 1

2

2

√

√

z

2

2

2 = cos 3 π + i sin 3 π ) = −

+ i

4

4

2

2

√

√

z

2

2

3 = cos 7 π + i sin 7 π ) =

−

4

4

2

2

Stąd:

z 2 + 1 = ( z − i)( z + i) Odpowiedż:

Pierwiastki wielomianu:

√

√

√

√

√

√

√

√

z

2

2

2

2

0 =

2 + i 2 , z 1 = − 2 − i 2 , z 2 = −

+ i

, z

−

2

2

3 =

2

2

2

3. Wyznaczyć niewiadomą z stosując metodę Crammera (wyznacznikową) do układu rów-nań



x

+

z

+ 4 t = 0









x + 2 y + 4 z −

t = 4

4 x

+ 2 t = 3









3 x

+ 2 z

+

t = 2

Rozwiązanie:

Jeżeli |A| 6= 0 to układ ma jedno rozwiązanie i wtedy:

|A

z

z |

= |A|

Obliczamy

1 0 1

4

1 1 4

1 2 4 − 1

|A| =

= 2 · ( − 1)2+2 4

0 2 = 2(6 + 32 − 4 − 4) = 60

4 0 0

2

3 2 1

3 0 2

1

Stosujemy rozwinięcie Laplace’a względem drugiej kolumny.

1 0 0

4

1 0 4

1 2 4 − 1

|A

z | =

= 2 · ( − 1)2+2

4 3 2

= 2(3 + 32 − 36 − 4) = − 10 Stosujemy 4 0 3

2

3 2 1

3 0 2

1

rozwinięcie Laplace’a względem drugiej kolumny.

Stąd:

− 10

1

z =

= −

60

6

Odpowiedź

1

z = − 6

3

4. Obliczyć pole trójkąta utworzonego na płaszczyźnie π : x + y + z − 10 = 0 w wyniku jej przecięcia płaszczyznami: x = 1 , y = 2 , z = 3 .

Rozwiązanie:

Szukamy wierzchołków trójkąta:



x + y + z − 10 = 0





A :

x = 1

= ⇒ 3 + z − 10 = 0 = ⇒ z = 7 = ⇒ A(1 , 2 , 7)





y = 2



x + y + z − 10 = 0





B :

x = 1

= ⇒ 4 + y − 10 = 0 = ⇒ y = 6 = ⇒ B(1 , 6 , 3)





z = 3



x + y + z − 10 = 0





C :

y = 2

= ⇒ x + 5 − 10 = 0 = ⇒ x = 5 = ⇒ C(5 , 2 , 3)





z = 3

Wektory rozpinające trójkąt:

−→

−→

AB = [0 , 4 , − 4] , AC = [4 , 0 , − 4] , Pole trójkąta:

−→

−→

P = 1 |AB × AC|

2

i j

k

−→

−→

AB × AC = 0 4 − 4 = − 16 i − 16 j − 16 k = [ − 16 , − 16 , − 16]

4 0 − 4

√

√

q

P = 1

( − 16)2 + ( − 16)2 + ( − 16)2 = 16

3 = 8 3

2

2

Odpowiedź:

√

Pole trójkata jest równe 8 3

4

5. Wyznaczyć równania płaszczyzn stycznych do powierzchni: x 2 + y 2 + z 2 − 2 x + 4 y − 6 z − 11 = 0 i prostopadłych do prostej x − 4

y − 1

z − 1

=

=

4

3

1

Rozwiązanie:

Przekształcamy równanie sfery do postaci kanonicznej: ( x − 1)2 − 1 + ( y + 2)2 − 4 + ( z − 3)2 − 9 − 11 = 0

( x − 1)2 + ( y + 2)2 + ( z − 3)2 = 25

Środek sfery O(1 , − 2 , 3) , a jej promień R = 5 .

Wektor kierunkowy prostej: ~

v = [4 , 3 , 1] , więc równanie płaszczyzny prostopadłej do danej prostej:

π : 4 x + 3 y + z + D = 0

Środek sfery jest odległy od płaszczyzny stycznej o R:

| 4 − 6 + 3 + D|

√

= 5

42 + 32 + 12

√

|D + 1 | = 5 ·

26

√

D + 1 = ± 5 26

√

√

D 1 = − 1 + 5 26 , D 2 = − 1 − 5 26

Odpowiedź:

Płaszczyzny styczne:

√

π 1 : 4 x + 3 y + z − 1 + 5 26 = 0

√

π 2 : 4 x + 3 y + z − 1 − 5 26 = 0

5

6. Na prostej l : x = y = z wyznaczyć punkty, dla których odległość od płaszczyzny π : 2 x − y − 2 z − 2 = 0 jest równa 1 .

Rozwiązanie:

Przkształcamy równanie prostej l do postaci parametrycnej.

x = t = ⇒ y = t , z = t Odpległośc punktu prostej od płaszczyzny π:

| 2 t − t − 2 t − 2 |

= 1

q22 + ( − 1)2 + ( − 2)2

√

| − t − 2 | =

9

−t − 2 = ± 3

t 1 = − 5 , t 2 = 1

Odpowiedź:

Szukane punkty:

P 1 = ( − 5 , − 5 , − 5) P 2 = (1 , 1 , 1)

6