Egzamin z Algebry, 25 VI 2010, godz. 12.00

1. Zadanie wstępne

Zadanie

Odp.

1 + i

1. Zapisać w postaci kanonicznej (algebraicznej) liczbę sprzężoną do z =

1 + i

i

Rozwiązanie:

1 + i

(1 + i) · ( −i)

z =

=

= 1 − i

i

1

z = 1 + i

2. Dla jakich wartości parametru p macierz A ma rząd 3 ?

p 6= − 2



1

1 − 1

0 

A =  2

1

0

2 





p − 1

0 − 2

Rozwiązanie:

"

#

"

#

2

1

2

2

1

2

rz A = 1 + rz

= 3 = ⇒ rz

= 2 = ⇒ wiersze nie

p − 1 − 2

p − 1 − 2

mogą być proporcjonalne = ⇒ p 6= − 2

3. Równanie płaszczyzny:

2 x − y + z − 3 = 0



x = 1 + t





π :

y = 2 + t + s ; t, s ∈ R





z = 3 − t + s

zapisać w postaci ogólnej.

Rozwiązanie:

x = 1 + t = ⇒ t = x − 1

y = 2 + t + s = ⇒ y = 2 + x − 1 + s = ⇒ s = y − x − 1

z = 3 − t + s = ⇒ z = 3 − x + 1 + y − x − 1 = ⇒ 2 x − y + z − 3 = 0

( x − 4)2

y 2

4. Obliczyć odległość ognisk elipsy

+

= 1 od osi Oy .

4

9

25

Rozwiązanie:

Środek eplisy: S(4 , 0) . Ogniska leżą na prostej równoległej do osi Oy przechodzącej przez S, ponieważ b > a ( a = 3 , b = 5).

5. Wyznaczyć promień okręgu będącego krawędzią przecięcia płaszczyzny z =

8

6 oraz sfery: x 2 + y 2 + z 2 = 100 .

Rozwiązanie:

Promień sfery: R = 10

Odległość płaszczyzny od środka sfery: d = 6

Promień okręgu: r 2 + d 2 = R 2 = ⇒ r 2 = 100 − 36 = 64 = ⇒ r = 8

1

2. Wyznaczyć pierwiastki wielomianu W ( z) = z 5 − 2 z 4 + z − 2 i przedstawić je w postaci kanonicznej (algebraicznej).

Rozwiązanie:

Rzokładamy wielomian W ( z) ma czynniki:

z 5 − 2 z 4 + z − 2 = z 4( z − 2) + z − 2 = ( z − 2)( z 4 + 1) Stąd:

( z − 2)( z 4 + 1) = 0 ⇐⇒ z − 2 = 0 lub z 4 + 1 = 0

z 1 = 2

z 4 = − 1

√

z = 4 − 1

Zapisujemy liczbe -1 w postaci trygonometrycznej:

− 1 = 1 · (cos π + i sin π) zk = cos π+2 kπ + i sin π+2 kπ , k = 0 , 1 , 2 , 3

4

4

√

√

z

2

2

2 = cos π + i sin π =

+ i

4

4

2

2

√

√

z

2

2

3 = cos 3 π + i sin 3 π = −

+ i

4

4

2

2

√

√

z

2

2

4 = cos 5 π + i sin 5 π = −

− i

4

4

2

2

√

√

z

2

2

5 = cos 7 π + i sin 7 π =

− i

4

4

2

2

Odpowiedź:

z 1 = 2 √

√

z

2

2

2 =

+ i

2

2

√

√

z

2

2

3 = −

+ i

2

2

√

√

z

2

2

4 = −

− i

2

2

√

√

z

2

2

5 =

− i

2

2

2

3. Zbadać, dla jakich wartości parametru p układ równań posiada rozwiązanie i wyznaczyć to rozwiązanie.



px + y = 1





x − y = p





x + y = 1

Rozwiązanie:

Rząd macierzy



p

1 

A =  1 − 1 





1

1

1 − 1

jest równy 2 ponieważ wyznacznik

= 2 6= 0

1

1

Badamy rząd



p

1 1 

A





R =

1 − 1 p





1

1 1

Obliczamy wyznacznik:

p

1 1

1 − 1 p = −p + p + 1 + 1 − p 2 − 1 = 1 − p 2

1

1 1

1 − p 2 = 0 ⇐⇒ p = 1 lub p = − 1

Wniosek:

dla p 6= 1 i p 6= − 1 układ jest sprzeczny ( bo rząd AR jest równy 3) dla p = 1 układ ma jedno rozwiazanie ( bo rząd AR jest równy 2) dla p = − 1 układ ma jedno rozwiazanie ( bo rząd AR jest równy 2) Dla p = 1 po usunięciu pierwszego równania:

(

x − y = 1

= ⇒ x = 1 , y = 0

x + y = 1

Dla p = − 1 po usunięciu pierwszego równania: (

x − y = − 1

= ⇒ x = 0 , y = 1

x + y = 1

Odpowiedź:

Dla p = 1 rozwiązanie: x = 1 , y = 0

Dla p = − 1 rozwiązanie: x = 0 , y = 1

3

4. Znaleźć równanie ogólne płaszczyzny π zawierającej punkt P (3 , 0 , 0) i prostą x

y − 3

z + 2

l :

=

=

5

1

2

oraz obliczyć odległość tej płaszczyzny od początku układu współrzędnych.

Rozwiązanie:

Przkestałcamy równanie prostej w postaci krawędziowej:

x

y − 3

=

= ⇒ x = 5 y − 15 = ⇒ x − 5 y + 15 = 0

5

1

y − 3

z + 2

=

= ⇒ z + 2 = 2 y − 6 = ⇒ 2 y − z − 8 = 0

1

2

(

x − 5 y + 15 = 0

l :

2 y − z − 8 = 0

Równanie płaszczyzny przechodzącej przez prostą l (pęk płaszczyzn): π : α( x − 5 y + 15) + β(2 y − z − 8) = 0

Ponieważ P ∈ π :

18 α − 8 β = 0 = ⇒ β = 9 α

4

Wybieramy dowolna niezerową wartość np. α = 4 , wtedy mamy β = 9.

π : 4 x − 2 y − 9 z − 12 = 0

Odpowiedź:

Równanie płaszczyzny π : 4 x − 2 y − 9 z − 12 = 0

4

5. Dla jakich wartości parametru p punkty: A(1 , 2 , 1) , B(3 , 2 , − 2) , C(2 , 3 , −p 2) , D(3 , 1 , 0) leżą w jednej płaszczyźnie?

Rozwiązanie:

Punkty A, B, C, D leżą w jednej płaszczyźnie wtedy i tylko wtedy, gdy iloczyn mieszany

−→ −→ −

−

→

wektorów AB , AC i AD jest równy 0.

−→

AB = [2 , 0 , − 3]

−→

AC = [1 , 1 , −p 2 − 1]

−

−

→

AD = [2 , − 1 , − 1]

Obliczamy iloczyn mieszany:

2

0

− 3

−→ −→ −

−

→

( AB, AC, AD) = 1

1 −p 2 − 1 = − 2 + 3 + 6 − 2 p 2 − 2 = − 2 p 2 + 5

2 − 1

− 1

q

− 2 p 2 + 5 = 0 = ⇒ p = ± 52

Odpowiedź:

q

Punkty leżą w jednej płaszczyźnie dla p = ±

5

2

5

6. Wyznaczyć równanie sfery stycznej do płaszczyzny π : 2 x − y + z − 6 = 0 , jeżeli jej środek jest symetryczny do punktu P (2 , 3 , − 1) względem tej płaszczyzny.

Rozwiązanie:

Oznaczmy P 0( x, y, z) - rzut punktu P na płaszczyzną π .

−−→

−

→

Wektor P P 0 jest równoległy do wektora n normalnego płaszczyzny π

−

→

n = [2 , − 1 , 1]

−−→

−

→

P P 0 = k n

[ x − 2 , y − 3 , z + 1] = k[2 , − 1 , 1]

x = 2 k + 2 , y = −k + 3 , z = k − 1

Ponieważ P 0 ∈ π

2(2 k + 2) − ( −k + 3) + ( k − 1) − 6 = 0 = ⇒ 6 k − 6 = 0 = ⇒ k = 1

Niech S oznacza środek sfery. Wtedy:

−→

−−→

P S = 2 P P 0 = [4 , − 2 , 2]

stąd S(6 , 1 , 1)

√

q

Promień sfery: R = P P 0 =

22 + ( − 1)2 + 12 =

6

( x − 6)2 + ( y − 1)2 + ( z − 1)2 = 6

Odpowiedź:

Równanie sfery: ( x − 6)2 + ( y − 1)2 + ( z − 1)2 = 6

6