ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Σχετικά έγγραφα
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Κεφάλαιο 4 ιανυσµατικοί Χώροι

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ηµεροµηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 15 Οκτωβρίου 2006

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Κεφάλαιο 7 Βάσεις και ιάσταση

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι ΕΡΓΑΣΙΑ 6 ΛΥΣΕΙΣ

ΠΛΗ ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓ_2 ΣΕΛ. 1/11

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ : ΠΛΗ12 «ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι» Επαναληπτική Τελική Εξέταση 16 Ιουλίου 2003

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ. Συνοπτικές Ενδεικτικές Λύσεις

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ηµεροµηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 12 Οκτωβρίου 2007

ΛΥΣΕΙΣ 6 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ - ΠΛΗ 12,

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 2 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 28 Νοεμβρίου 2011

4 k 2 = 2 ( 1+ 2 k 2. k 2 2 k= k 2. 1.ii) Αν σχηµατίσουµε τον πίνακα µε γραµµές τα δύο διανύσµατα έχουµε: Γ1 Γ1 ---> { }

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Κεφάλαιο 6 Ιδιοτιμές και Ιδιοδιανύσματα

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Κεφάλαιο 7 Ορθογώνιοι Πίνακες

============================================================== Σχηµατίζουµε τον πίνακα µε στήλες τα διανύσµατα v1,v2,v3,u1,u2:

x 2 = b 1 2x 1 + 4x 2 + x 3 = b 2. x 1 + 2x 2 + x 3 = b 3

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

1.i) 1.ii) v 2. v 1 = (2) (1) + ( 2) ( 1) + (-2) (2) + (0) (-4) v 3. Βρίσκουµε πρώτα µία ορθογώνια βάση: u 1. . u 1 u. u 2

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 19/6/2018 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Ιανουαρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 9 Επαναληπτικες Ασκησεις

5.1 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

,..., v n. W πεπερασμένα παραγόμενοι και dimv. Τα ακόλουθα είναι ισοδύναμα f είναι ισομορφιμός. f είναι 1-1. f είναι επί.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 20 Οκτωβρίου 2008

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

Λύσεις και Υποδείξεις Επιλεγµένων Ασκήσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τµήµα Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

( ) 10 ( ) εποµ ένως. π π π π ή γενικότερα: π π. π π. π π. Άσκηση 1 (10 µον) Θεωρούµε το µιγαδικό αριθµό z= i.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 3 Ιουλίου 2010

[A I 3 ] [I 3 A 1 ].

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

Άσκηση 1. i) ============================================================== Α n ( 3 n 1 ) A ) 5 4. Α n 1 2 ( n n 2.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

A, και εξετάστε αν είναι διαγωνίσιμη.

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

Γραμμική Άλγεβρα II Εαρινό εξάμηνο

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 8/6/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

1. a. Έστω b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα του A Έστω A και ( x) [ x]

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 5 Ιουλίου 2009

Ασκήσεις6 Διαγωνοποίηση Ερμιτιανών Πινάκων

1 x x x x 1 x x x x 1 x x x x 1 (10) B 2, B 1. (10)

Ασκήσεις2 8. ; Αληθεύει ότι το (1, 0, 1, 2) είναι ιδιοδιάνυσμα της f ; b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα της γραμμικής απεικόνισης 3 3

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

Θέμα 1. με επαυξημένο 0 1 1/ 2. πίνακα. και κλιμακωτή μορφή αυτού

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές

Μαθηµατικά Ιβ Σελίδα 1 από 6

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Σεπτεμβρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Κεφάλαιο 9 Ιδιοτιµές και Ιδιοδιανύσµατα

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Ασκήσεις3 Διαγωνισιμότητα Βασικά σημεία Διαγωνίσιμοι πίνακες: o Ορισμός και παραδείγματα.

Γραµµικη Αλγεβρα Ι. Ακαδηµαϊκο Ετος Βοηθος Ασκησεων: Χ. Ψαρουδάκης

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 17 Οκτωβρίου 2011

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 7 Ιανουαρίου 2008

Θέµατα ( ικαιολογείστε πλήρως όλες τις απαντήσεις σας)

1. Για καθένα από τους ακόλουθους διανυσματικούς χώρους βρείτε μια βάση και τη διάσταση. 3. U x y z x y z x y. {(,, ) } a b. c d

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΛΓΕΒΡΑ ΠΙΝΑΚΩΝ. (ii) Αν ο Β m+1, με m N, αντιστρέφεται, τότε και ο Β αντιστρέφεται

βαθμού 1 με A 2. Υπολογίστε τα χαρακτηριστικά και ελάχιστα πολυώνυμα των

ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ-ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2004 Θέμα 1 ο. 4

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7 ης ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Απόδειξη. Η ιδιότητα(vi) του ορισμού δεν ισχύει στην πράξη αυτή. Πράγματι, έχουμε. 1 (x, y, z) =(1 x, 1 y, 2 1 z) =(x, y, 2z)

x 2 = x x 2 2. x 2 = u 2 + x 2 3 Χρησιµοποιώντας το συµβολισµό του ανάστροφου, αυτό γράφεται x 2 = x T x. = x T x.

Ευκλείδειοι Χώροι. Ορίζουµε ως R n, όπου n N, το σύνολο όλων διατεταµένων n -άδων πραγµατικών αριθµών ( x

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Θέμα 1. που. . Δηλαδή ο υπόχωρος V είναι το. Απάντηση 1α) ii)παρατηρούμε οτι

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

Κεφάλαιο 5 Γραμμικοί Μετασχηματισμοί

Ασκήσεις6 Το σύνηθες εσωτερικό γινόμενο στο

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

D = / Επιλέξτε, π.χ, το ακόλουθο απλό παράδειγμα: =[IA 1 ].

Transcript:

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ ) ΕΡΓΑΣΙΑ (Ηµεροµηνία αποστολής στον φοιτητή: Νοεµβρίου 4. Τελική ηµεροµηνία αποστολής από τον φοιτητή: εκεµβρίου 4) Οι ασκήσεις - 4 αναφέρονται στο Κεφάλαιο 4: ιανυσµατικοί Χώροι. Εδώ συναντάµε µερικές θεµελιώδεις έννοιες της Γραµµικής Άλγεβρας όπως είναι ο διανυσµατικός χώρος, η γραµµική ανεξαρτησία, η βάση και η διάσταση. Άσκηση (9 µονάδες) Εξετάστε ποια από τα παρακάτω υποσύνολα του είναι υπόχωροι του και δικαιολογείστε την απάντησή σας. U ( x, y, z) x+ 5y+ z. { }. V {( x, y, z) x + 5y+ z }. W {( x, y, z) x 5y z } + +.. Το U δεν είναι υπόχωρος του γιατί δεν περιέχει το (,,).. Το V δεν είναι υπόχωρος. Πράγµατι, έχουµε για παράδειγµα (,, ) V αφού + 5 + ( ), αλλά (,, ) (,,) V αφού ( ) + 5 + 6.. Τα W είναι υπόχωρος του. Πράγµατι, χρησιµοποιώντας το κριτήριο στο πάνω µέρος της σελίδας 65 έχουµε : για κάθε kl, και / / / (,, ),(,, ) x yz x y z W, και k x y z l x y z kx lx ky ly kz lz / / / / / / (,, ) + (,, ) ( +, +, + ) / / / 5( kx lx ) ( ky ly ) ( kz lz ) + + + + + k x y z l x y z / / / (5 + + ) + (5 + + ) +. / / / Άρα kxyz (,, ) + lx (, y, z) W. Άσκηση ( µονάδες) Έστω a. Θεωρούµε τα στοιχεία u (,,), v (,,), w (, a,) του.. Να βρεθούν οι τιµές του a για τις οποίες τα uvw,, είναι γραµµικά ανεξάρτητα.. Να βρεθούν οι τιµές του a για τις οποίες το (,,) ανήκει στον υπόχωρο που παράγουν τα uvw,,. Υπόδειξη: Για το. βλ Παράδειγµα 4. του βιβλίου.

. Έστω λ u+ µ v+ νw, λ, µ, ν. Ζητάµε τα a για τα οποία η σχέση αυτή αληθεύει µόνο για λ µ ν. Έχουµε λ u+ µ v+ νw λ (,,) + µ (,,) + ν(, a,) (,,) λ + µ + ν λ + µ + νa λ + µ + ν. Ζητάµε τα a για τα οποία το σύστηµα έχει µοναδική λύση τη µηδενική. Ο επαυξηµένος πίνακας α του συστήµατος µετά τους στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς γραµµών Γ ΓΓ, Γ Γ Γ, Γ ΓΓ παίρνει τη µορφή λ + µ + ν a. Το αντίστοιχο σύστηµα είναι το µ + ( a ) ν a ( a) ν Βλέπουµε ότι η µηδενική λύση είναι µοναδική αν και µόνο αν a.. Ζητάµε τα a για τα οποία υπάρχουν λ, µν, τέτοια ώστε λ u+ µ v+ νw (,,). Όπως πριν παίρνουµε το σύστηµα λ + µ + ν λ + µ + νa λ + µ + ν. Ζητάµε τα a για τα οποία το σύστηµα έχει λύση. Ο επαυξηµένος πίνακας a του συστήµατος µετά τους στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς γραµµών Γ Γ Γ, Γ Γ Γ, Γ Γ Γ παίρνει τη µορφή λ + µ + ν a. Το αντίστοιχο σύστηµα είναι το µ + ( a ) ν a ( a) ν. Παρατηρούµε ότι το σύστηµα αυτό έχει λύση για κάθε a. Σηµείωση: Παρατηρούµε ότι (,,) u v. Άσκηση (5 µονάδες). Έστω V ο υπόχωρος του 4 που παράγεται από τα διανύσµατα (,,,),(,,,),(,,,),(,,,). i) Να βρεθεί µια βάση και η διάσταση του V. ii) Να βρεθεί ένα µη µηδενικό διάνυσµα που είναι κάθετο σε κάθε διάνυσµα του V.

. Να βρεθεί ένας ορθογώνιος πίνακας µε η γραµµή τη,. Υπόδειξη: Για το. βλ. Παράδειγµα 4... i) Σχηµατίζουµε τον πίνακα µε γραµµές τα δοσµένα διανύσµατα. Με στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς γραµµών βρίσκουµε την κλιµακωτή µορφή. Άρα µια βάση του V είναι το σύνολο (,,,),(,,,),(,,,) που αποτελείται από τις µη µηδενικές { } γραµµές του τελευταίου πίνακα. Έχουµε dimv. Σηµείωση. Είναι λάθος να πούµε ότι µια βάση του V είναι το (,,,),(,,,),(,,,) που αποτελείται από τα τρία πρώτα από { } τα δοσµένα διανύσµατα της εκφώνησης µιας και οι τρεις πρώτες γραµµές της κλιµακωτής µορφής είναι µη µηδενικές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στους παραπάνω στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς είχαµε εναλλαγή γραµµών. 4 ii) Έστω ( xyxw,,, ). Το διάνυσµα αυτό είναι κάθετο σε κάθε διάνυσµα του V αν και µόνο αν είναι κάθετο σε κάθε διάνυσµα ενός συνόλου γεννητόρων του V. Ως τέτοιο σύνολο ας πάρουµε τη βάση (,,,),(,,,),(,,,) που είδαµε πριν. Το εσωτερικό γινόµενο του { } ( x, yzw,, ) µε καθένα από τα διανύσµατα της βάσης είναι αντίστοιχα x + yy, zz, + w. Συνεπώς πρέπει να βρούµε µια µη µηδενική λύση του συστήµατος x+ y y z z+ w. Λύνοντας το σύστηµα βρίσκουµε ( x, y, z, w) ( w, w, w, w), w. Άρα ένα διάνυσµα κάθετο σε κάθε διάνυσµα του V είναι για παράδειγµα το (,,,).. Έστω A. Για να είναι ορθογώνιος θα πρέπει x y x T 5 AA Iή. Από το γινόµενο πινάκων x y y 5 έχουµε

4 x y + + x x x y. Οπότε θα πρέπει + + x y + x y () Από την ( ) x + y y + y y ± () 5 Οπότε από την () έχουµε x 5 Έχουµε λοιπόν πίνακες τον A και τον A Άσκηση 4 ( µονάδες) Έστω [ x] ο διανυσµατικός χώρος των πολυωνύµων που έχουν βαθµό το πολύ.. Αποδείξτε ότι το σύνολο B {, x, ( x ), ( x ) } [ x].. Να παρασταθεί το είναι µια βάση του x σαν γραµµικός συνδυασµός των στοιχείων της βάσης Β.. Επειδή dim [ x ] 4, αρκεί να δείξουµε ότι το σύνολο Β είναι γραµµικά ανεξάρτητο. Έστω abcd,,,. Τότε ( ) ( ) ( ) ax + bx + cx + d ( ) ( ) ( ) a x x + x + b x x+ + c x + d + ( + ) + ( + ) + ( + + ) ax a b x a b c x a b c d a a + b a b+ c a+ b c+ d. Το σύστηµα είναι τριγωνικό και εύκολα βλέπουµε ότι η µηδενική λύση είναι η µοναδική. Σηµείωση. Ένας άλλος τρόπος επίλυσης είναι να θέσουµε x στη σχέση ax ( ) + bx ( ) + cx ( ) + d οπότε d. Τότε παίρνουµε ax ( ) + bx ( ) + cx ( ) ax ( ) + bx ( ) + c, οπότε θέτοντας πάλι x παίρνουµε c, κοκ. 4

. Έστω x ax ( ) + bx ( ) + cx ( ) + d. Όπως πριν, το ισοδύναµο a a + b σύστηµα είναι το a b+ c a+ b c+ d. Λύνοντάς το βρίσκουµε a, b, c, d. Στις ασκήσεις 5 και 6 αναφερόµαστε στο Κεφάλαιο 5: Γραµµικοί Μετασχηµατισµοί. Άσκηση 5 ( µονάδες) Εξετάστε ποιες από τις επόµενες απεικονίσεις είναι γραµµικές και δικαιολογείστε την απάντησή σας.. f :, f( x, y) ( x+, y, yx) g:, g( x, y, z) (xy + 4 z) +y) h:, h( x, y) ( x+ y, x e (, ), e (,) βάση t (, ), t (,. Στο χώρο θεωρούµε τη κανονική βάση και τη νέα ). Να βρεθεί ο αντίστοιχος πίνακας αλλαγής βάσης, καθώς και οι νέες συντεταγµένες του σηµείου (x,y) στη βάση t, t. Υπόδειξη: Για το. βλ. σελίδα 97. v x, y, v x, y ) Έστω ( ) ( ) f ( v) f ( x, y) ( x+, y, yx) f ( v) f ( x, y) ( x+, y, yx) f ( v+ v) f (( x, y) + ( x, y) ) f ( x+ x, y+ y) ( x+ x+, ( y+ y), ( y+ y) ( x+ x) ) (,, ) (,, ) ( ) + + + + ( ) x y y x x y y x f v f v Αφού λοιπόν f v + v f v + f v η f δεν είναι γραµµική ( ) ( ) ( ) Έστω v ( x, y, z), v ( x, y, z) ( ) (,, ) ( + 4 ) ( ) (,, ) ( + 4 ) ( + ) (,, ) + (,, ) +, +, + ( ( x+ x) ( y+ y) + 4( z+ z) ) ( x y+ 4z) + ( x y+ 4z) g( v) + g( v) ( λ ) ( λ(,, ) ) ( λ, λ, λ ) ( λx λy + 4λz) λ g( v ) gv gx y z x y z gv gx y z x y z ( ) ( ) g v v g x y z x y z g x x y y z z g v g x y z g x y z 5

Αφού λοιπόν g v v g v g v ( + ) ( ) + ( ) και g( λv ) λg( v ) η g είναι γραµµική Έστω v ( x, y), v ( x, y) ( ) (,, ) ( +, + ) ( ) (,, ) ( +, + ) ( ) (,, ) (,, ),, ( ( x+ x) + ( y+ y), x+ x+ ( y+ y) ) (, ) (, ) ( ) ( λ ) ( λ(, ) ) ( λ, λ ) ( λx + λy, λx + λy) λh( v ) hv hx y z x y x y hv hx y z x y x y ( ) ( ) h v + v h x y z + x y z h x + x y + y z + z x + y x + y + x + y x + y h v + h v ( ) h v h x y h x y Αφού λοιπόν h v v h v h v ( + ) ( ) + ( ) και h( λv ) λh( v ) η h είναι γραµµική. ) Πρώτα γράφουµε τα στοιχεία της νέας βάσης σαν γραµµικούς συνδυασµούς των στοιχείων της παλαιάς. Έχουµε t, e + e ( ) ( ) (,). t e + e Ορίζεται ο πίνακας Α: A. Παίρνουµε τον ανάστροφό του T P A. Αυτός είναι ο πίνακας αλλαγής βάσης. Βρίσκω τον αντίστροφό του(πχ µε τη µέθοδο Gauss ή µε αυτή της σελίδας 5), P. Οπότε οι νέες συντεταγµένες του σηµείου ( x, y) θα είναι: P x y x x y y. x+ y Άσκηση 6 ( µονάδες) Θεωρούµε τη γραµµική απεικόνιση f :, f x, y, z x+ y z, y+ z, x+ y z. ( ) (. Να βρεθεί µια βάση και η διάσταση του πυρήνα της f.. Να βρεθεί µια βάση και η διάσταση της εικόνας της f. ) 6

Έχουµε f ( xyz,, ) ( x+ y z, y+ z, x+ yz) x(,,) + y(,,) + z(,, ) Άρα η εικόνα παράγεται από τα διανύσµατα ( ) ( ) ( ),,,,,,,,. Για να βρούµε τη διάστασή της εικόνας (Imf) θα πάρουµε τον πίνακα µε γραµµές τα διανύσµατα αυτά και εφαρµόζοντας στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς γραµµών να βρούµε τα γραµµικώς ανεξάρτητα. Τα γραµµικώς ανεξάρτητα αυτά διανύσµατα θα µας δώσουν τη βάση του Im f (εικόνας). A Γ Γ +Γ, Γ ( ) Γ +Γ Γ ( ) Γ +Γ Άρα dim Im Οπότε µια βάση της εικόνας της f f είναι Im f {(,, ),(,, ) } Από τον τύπο σελ 9 dim dim( Im f ) dim( Kerf ) dim( ker f ) + έχουµε ότι διότι η διάσταση του χώρου είναι Για να βρούµε µια βάση του ker f πρέπει να βρούµε τη λύση του οµογενούς συστήµατος x+ y z y + z x + y z Από την η y z αν z t τότε y t και από την η x t Άρα µια βάση της ker f {( t, t, t) } t(,,) ker f (,,) Οι επόµενες ασκήσεις αναφέρονται στο Κεφάλαιο 6: Χαρακτηριστικά Μεγέθη. Οι έννοιες της ιδιοτιµής, του ιδιοδιανύσµατος και της διαγωνοποίησης πινάκων είναι θεµελιώδεις και έχουν πολλές εφαρµογές. Άσκηση 7 (8 µονάδες) ίνονται οι πίνακες A και B. είξτε ότι ο πίνακας Α διαγωνοποιείται και εκτελέστε την διαγωνοποίησή του. 7

. είξτε ότι ο πίνακας Β δεν διαγωνοποιείται.. Να υπολογιστεί ο A και µε βάση το αποτέλεσµα αυτό να υπολογίστε το 4 I + A+ A +... + A. Σύµφωνα µε τη θεωρία και τα παραδείγµατα της παραγράφου 6. σελ 5 έχουµε:. Για τον Α τo χαρακτηριστικό πολυώνυµο του πίνακα είναι λ + λi A ( λ+ )( λ ) + ( λ+ )( λ ) λ Οπότε έχουµε ιδιοτιµές και -. (Σηµείωση: Επειδή ο πίνακας είναι τριγωνικός, θα µπορούσαµε να πούµε άµεσα ότι οι ιδιοτιµές του είναι τα διαγώνια στοιχεία). Για λ τα ιδιοδιανύσµατα προκύπτουν από την λύση του συστήµατος x ( I A) x x x και το x παίρνει αυθαίρετες τιµές οπότε για την ιδιοτιµή έχουµε ιδιοδιάνυσµα µ, µ. Για λ τα ιδιοδιανύσµατα προκύπτουν από την λύση του συστήµατος x ( I A) x x x x και το x παίρνει αυθαίρετες τιµές οπότε για την ιδιοτιµή - έχουµε ιδιοδιάνυσµα µ, µ. Η ορίζουσα του πίνακα είναι διαφορετική από το µηδέν (-/) οπότε οι στήλες του είναι γραµµικώς ανεξάρτητα διανύσµατα (δείτε σελίδα 8, ιδιότητα 4). Η διαγωνοποίηση του A επιτυγχάνεται µε τους πίνακες,, P D P όπου P AP D.. Για τον B τo χαρακτηριστικό πολυώνυµο του πίνακα είναι λ λi B ( λ)( λ ) + ( λ ) λ Οπότε έχουµε ιδιοτιµή διπλή. Για λ τα ιδιοδιανύσµατα προκύπτουν από την λύση του συστήµατος x ( I B) x x x και το x παίρνει αυθαίρετες τιµές οπότε για την ιδιοτιµή - έχουµε ιδιοδιάνυσµα µ οπότε ο πίνακας δεν διαγωνοποιείται δεν διαγωνοποιείται γιατί η διάσταση του ιδιοχώρου της διπλής ιδιοτιµής είναι.. Έχουµε ότι (σελ 5) A PDP A PD P 8

( ) k όπου D οπότε για άρτιο D I και για περιττό Συνεπώς Για άρτιο A PIP I Για περιττό A PDP A Οπότε 4 I + A+ A +... + A A+ I D D + + I + 6 5 Σηµείωση Για τον υπολογισµό του A µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε και τον εξής συλλογισµό. Το χαρακτηριστικό πολυώνυµο του Α είναι το λ. Από το Θεώρηµα των Cayley- Hamilto έχουµε A I, δηλαδή A. Άσκηση 8 (4 µονάδες) ίνεται ο συµµετρικός πίνακας A. 5. Να βρεθούν οι ιδιοτιµές και τα ιδιοδιανύσµατα του Α. T. Να βρεθεί ορθογώνιος πίνακας P τέτοιος ώστε ο P AP να είναι διαγώνιος. Υπόδειξη: Για το. βλ Παράδειγµα 6... Σύµφωνα µε τη θεωρία της παραγράφου 6. σελ τo χαρακτηριστικό πολυώνυµο του πίνακα είναι λ λ λi A λ ( λ 5) (( λ) )( λ 5) λ λ 5 ( λ 6λ+ 9 4)( λ 5) ( λ 6λ+ 5)( λ 5) ( λ5) ( λ) Οπότε έχουµε δύο ιδιοτιµές την λ και τη διπλή λ 5. Για λ τα ιδιοδιανύσµατα προκύπτουν από την λύση του συστήµατος x ( I A) x x 5x x x+ x x x x x x x 4x 4x Οπότε τα ιδιοδιανύσµτα που αντιστοιχούν σε αυτήν την ιδιοτιµή είναι της µορφής u u µ u 9

Για λ 5τα ιδιοδιανύσµατα προκύπτουν από την λύση του συστήµατος 5 x ( I A) x 5 x x x x+ x x x x x+ x x αυθαί ρετο x x Οπότε τα ιδιοδιανύσµτα που αντιστοιχούν σε αυτήν την ιδιοτιµή ο ιδιοχώρος x παράγεται από τα x x x + και τα αντίστοιχα ιδιοδιανύσµατα της x ιδιοτιµής είναι τα,.. Ο πίνακας A είναι συµµετρικός, σύµφωνα µε το Φασµατικό Θεώρηµα σελ. 7 είναι ορθοκανονικά όµοιος µε πραγµατικό διαγώνιο πίνακα. Θα ακολουθήσουµε την διαδικασία του παραδείγµατος 6. σελίδα 7-8 στο οποίο θα εφαρµόσουµε τη διαδικασία ορθογωνοποίησης Gram-Schmidt σελ. 78-79. Από το ερώτηµα έχουµε ότι η, η, η. Σύµφωνα µε το θεώρηµα 4.4 σελ. 78 έχουµε ότι η ξ (), () η ξ + + ξ ξ + + οπότε η ξ ξ η ξ η ξ ξ η ξ ξ ξ η ξ ( ) + +, + +, + + οπότε η ξ η ξ ξ η ξ ξ η. ξ ξ ξ ξ Συµπεραίνουµε ότι ξ η, ξ η, ξ η Επίσης ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ ξ,, Ο πίνακας P έχει ως στήλες τα διανύσµατα ξ, ξ, ξ ξ ξ ξ.

5 T Άρα P, P και D 5 ώστε T P AP D. Άσκηση 9 ( µονάδες επί πλέον) H άσκηση που ακολουθεί είναι προαιρετική και µπορεί να λυθεί στον υπολογιστή σας µε τη βοήθεια του MATLAB ή του προγράµµατος «κλώνου» του Octave. Η λύση της άσκησης µπορεί να γίνει µε τις ίδιες εντολές και στα δύο προγράµµατα. Το MATLAB είναι εµπορικό προϊόν και δεν διατίθεται δωρεάν. Η Octave διατίθεται δωρεάν και µπορεί να κατέβει από το www.octave.org και στο lik Dowloads ή απευθείας από το www.octave.org/dowload.html Από εκεί µπορείτε να οδηγηθείτε εύκολα στην ιστοσελίδα από όπου µπορείτε να την κατεβάσετε. Η έκδοση που θα πρέπει να κατεβάσετε είναι biary για widows και το αρχείο octave-..5a-ist.exe µε µέγεθος περίπου 7.5 ΜΒ. Η εγκατάσταση γίνεται απλά µε διπλό πάτηµα του αρχείου. Μπορείτε να συµβουλευθείτε το Κεφάλαιο 7 του βιβλίου της Γραµµικής Άλγεβρας. Επίσης, στην ιστοσελίδα της θεµατικής µας ενότητας θα αναρτηθεί υλικό σχετικό µε το MATLAB. Βοήθεια για τη χρήση µίας εντολής, π.χ. της iv( ) µπορεί να βρεθεί µε τη χρήση της εντολής help iv Στην περίπτωση που χρησιµοποιήσετε MATLAB η µεταφορά των εντολών σας αλλά και των αποτελεσµάτων σε κειµενογράφο γίνεται εύκολα µε αντιγραφή και επικόλληση. Για το Octave, που δεν είναι φτιαγµένο ειδικά για Microsoft Widows, προτείνουµε την εξής διαδικασία: ηµιουργείστε ένα φάκελο στον σκληρό δίσκο του υπολογιστή σας µε όνοµα της επιλογής σας π.χ. workplace. Αν ο σκληρός σας δίσκος είναι ο C: εκτελέστε στην octave την εντολή cd c:\workplace Μετά την εκτέλεση της εντολής diary amefile.txt ότι πληκτρολογείτε και ότι εµφανίζεται στην Octave γράφεται στο αρχείο amefile.txt. Φυσικά µπορείτε να διαλέξετε ότι όνοµα αρχείου θέλετε αλλά καλό είναι να βάλετε την επέκταση txt ώστε το αρχείο να µπορεί να ανοιχτεί µε έναν editor όπως το otepad. Για να σταµατήσει η καταγραφή των εντολών και των αποτελεσµάτων εκτελέστε την εντολή: diary off Στη άσκηση που ακολουθεί θα παραδώσετε ως λύση τόσο τις εντολές που πληκτρολογήσατε όσο και τα αποτελέσµατα που σας επέστρεψε το πρόγραµµα. οπου χρειάζεται συµπληρώστε τα σχόλιά σας. Ορίστε στο MATLAB ή στην Octave τον πίνακα 4 6 A 5 6 5

. Με τη χρήση της συνάρτησης poly( ) να βρεθούν οι συντελεστές του χαρακτηριστικού πολυωνύµου του πίνακα. Στη συνέχεια, µε τη χρήση της εντολής roots( ) να υπολογιστούν οι ρίζες του δηλαδή, οι ιδιοτιµές του πίνακα.. Να βρεθούν οι ιδιοτιµές και τα ιδιοδιανύσµατα του πίνακα µε τη χρήση της συνάρτησης eig( ). Τι συµπέρασµα εξάγεται ως προς την διαγωνοποίηση του πίνακα;. Με βάση τα αποτελέσµατα της eig( ) και τη χρήση της εντολής iv( ) που επιστρέφει τον αντίστροφο πίνακα, να υπολογιστεί ο πίνακας B ΑP D P. Είναι το αποτέλεσµα το αναµενόµενο; Στο MATLAB ή στην Octave ορίζω τον πίνακα της άσκησης πληκτρολογώντας την ακόλουθη εντολή. Προσοχή, τόσο MATLAB όσο και το Octave είναι case sesitive και η µεταβλητή a είναι διαφορετική από τη µεταβλητή Α. Επίσης δεν πληκτρολογούµε την προτροπή >> που εµφανίζει το περιβάλλον. >> a[4 6 ;- -5 ;- -6-5] Το περιβάλλον µας επιστρέφει a 4 6 - -5 - -6-5 Με τη χρήση της poly( ) µας δίνονται οι συντελεστές του χαρακτηριστικού πολυωνύµου που στην περίπτωσή µας είναι το px ( ) x+ 6x + x >> ppoly(a) p 6 - Η roots( ) µας επιστρέφει τις ρίζες του που είναι οι ιδιοτιµές του. >> roots(p) as -5. -... Η εντολή eig( ) µπορεί να υπολογίζει τόσο τις ιδιοτιµές αλλά και τα αντίστοιχα ιδιοδιανύσµατα. Πληκτρολογώ την εντολή στην ακόλουθη µορφή: >> [p,d]eig(a) p d..5775 -.8944. -.5775.447..5775.

-5 - Ο πίνακας d είναι διαγώνιος µε διαγώνια στοιχεία την ιδιοτιµές του πίνακα. Ο πίνακας p περιέχει µία βάση του ιδιοχώρου. Κάθε στήλη του αντιστοιχεί στην ιδιοτιµή της αντίστοιχης στήλης του d. Ο πίνακας έχει τρεις διαφορετικές ιδιοτιµές µε ιδιοδιανύσµατα γραµµικώς ανεξάρτητα, οπότε διαγωνοποιείται. Η ορίζουσα του πίνακα p είναι διαφορετική από το µηδέν οπότε οι στήλες του είναι γραµµικώς ανεξάρτητα διανύσµατα (δείτε σελίδα 8, ιδιότητα 4). Η det( ) υπολογίζει την ορίζουσα ενός πίνακα. >> det(p) as -.58988897476 Παρατήρηση: Η eig( ) υπολογίζει τις ιδιοτιµές και τα ιδιοδιανύσµατα µε προσεγγιστικές µεθόδους. Για αυτό το λόγο µπορούµε να πάρουµε ως αποτελέσµατα τιµές που προσεγγίζουν τις τιµές που υπολογίζουµε µε το χέρι.. Ως b φυσικά είναι ο µηδενικός πίνακας ή λόγω σφαλµάτων της προσέγγισης και της αριθµητικής του υπολογιστή, ένας πίνακας τα στοιχεία του οποίου που προσεγγίζουν µε µεγάλη ακρίβεια τα στοιχεία του µηδενικού πίνακα. >> ba-p*d*iv(p) b -----------------------------------