ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ ) TEΛΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 4 Ιουνίου 7 Από τα κάτωθι Θέµατα καλείστε να λύσετε το ο που περιλαµβάνει ερωτήµατα από όλη την ύλη του µαθήµατος, ενώ από τα Θέµατα,, 4, 5 και 6 µπορείτε να επιλέξετε το πολύ τέσσερα Προσοχή: Αν προσπαθήσετε να επιλύσετε και τα πέντε Θέµατα 6 πρέπει να µας υποδείξετε ποια τέσσερα από αυτά θέλετε να βαθµολογήσουµε Θέµα (4 µονάδες) α) ( 5 µονάδες) είξτε ότι το σύνολο των διανυσµάτων του υπόχωρος του και να βρεθεί µία βάση και η διάσταση του που είναι κάθετα στο ( ) Το σύνολο των διανυσµάτων που είναι κάθετα στο (,, ) T γράφεται V {(, y, z) / y z },, T είναι διανυσµατικός = + = και συνεπώς Το γενικό στοιχείο αυτού του συνόλου είναι V={ (,, ) + y(,, ),, y }, και εποµένως το V παράγεται από γραµµικώς ανεξάρτητα διανύσµατα που αποτελούν µια βάση του Συνεπώς είναι ένας υπόχωρος του µε dimv = β) ( 5 µονάδες) Θεωρούµε τη γραµµική απεικόνιση g:, g(, y, z) = ( + yz, ky, + y+ kz) όπου k Για τις διάφορες τιµές του k υπολογίστε τις διαστάσεις dim img, dim ker g Ξέρουµε ότι η εικόνα της g παράγεται από τα g(,,), g(,,), g (,,) Έχουµε g(,, ) = (,,), g(,, ) = (, k,), g(,,) = (,, k) Σχηµατίζουµε τον πίνακα µε στήλες τα διανύσµατα αυτά k Μετά από στοιχειώδεις µετασχηµατισµούς γραµµών φτάνουµε k στον πίνακα A= k Αν k + =, τότε ο Α είναι σε κλιµακωτή µορφή και υπάρχουν k + µη µηδενικές γραµµές Άρα dimimg = Συνεπώς dim ker g = dim dimimg = = Αν k +, τότε dimimg = Συνεπώς dim ker g = = γ) ( 5 µονάδες) Εξετάστε αν διαγωνοποιείται ο πίνακας A = ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7
Εύρεση ιδιοτιµών του πίνακα : λ det( A λi) = = λ 4λ + 4 = ( λ ) λ Εποµένως έχουµε µία διπλή ιδιοτιµή την λ= Εύρεση αντίστοιχων ιδιοδιανυσµάτων : + y = Au = u = y = u = y y + y = y, Έτσι, για την διπλή ιδιοτιµή του πίνακα Α δεν µπορούµε να βρούµε δύο γραµµικά ανεξάρτητα ιδιοδιανύσµατα και ο πίνακας δεν διαγωνοποιείται δ) ( 5 µονάδες) ( ) n Να βρεθούν όλες τιµές του για τις οποίες συγκλίνει η σειρά: n ( ) n Μέσω του κριτηρίου του λόγου βρίσκουµε εύκολα ότι η σειρά: συγκλίνει για n < δηλαδή < < και αποκλίνει για > και <Συγκλίνει όµως και για =, = απολύτως (άρα και απλά) λόγω σύγκρισης µε την p= σειρά ε) ( 5 µονάδες) ίνεται η συνάρτηση f = + b+ 4+ aln( ) µε > Υπολογίστε την f και βρείτε τις πραγµατικές παραµέτρους α, b έτσι ώστε η f να παρουσιάζει ακρότατα στα σηµεία =, = και προσδιορίστε το είδος των ακρότατων αυτών Υπάρχουν τοπικά ή ολικά ακρότατα στα σηµεία αυτά; Παραγωγίζοντας την f() έχουµε f = + b+ a = Για να παρουσιάζει η f ακρότατα στα σηµεία =, = θα πρέπει αυτά να µηδενίζουν την παράγωγο : δηλαδή πρεπει f () = και f () = Ετσι προκύπτει το συστηµα + b+ a = a = 4+ b+ a = b = Υπολογίζοντας και την δεύτερη παράγωγο f = 4 στα, βλέπουµε ότι στο = υπάρχει τοπικό µέγιστο ενώ στο = τοπικό ελάχιστο Τα ακρότατα αυτά είναι τοπικά, επειδή για η f() - και για f() στ) ( 5 µονάδες) ίνεται µια παραβολή µε εξίσωση y = + ) είξτε ότι η ευθεία y = είναι εφαπτοµένη της παραβολής στο σηµείο Β = (,) Φέρετε µέσω του Β ευθεία παράλληλη µε τον άξονα O, η οποία τέµνει τον άξονα Οy στο σηµείο Α = (,) ) Υπολογίστε το εµβαδόν του χωρίου µεταξύ του ευθύγραµµου τµήµατος ΑΒ, του άξονα Οy και της παραβολής Κατόπιν υπολογίστε το εµβαδόν µεταξύ της παραβολής, του άξονα Οy και της ευθείας y = Ποια είναι η σχέση µεταξύ των δύο αυτών εµβαδών; ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7
dy ) Αφού η κλίση της ευθείας = συµπίπτει µε την παράγωγο της παραβολής στο κοινό d σηµείο (,), η ευθεία και η παραβολή εφάπτονται στο σηµείο αυτό ) Το εµβαδόν του χωρίου µεταξύ του ευθύγραµµου τµήµατος ΑΒ, του άξονα Οy και της παραβολής εύκολα δείχνεται ότι είναι Ε = ( + ) d= + = και είναι διπλάσιο του εµβαδού µεταξύ παραβολής και ευθείας που είναι Ε = ζ) ( 5 µονάδες) Υπολογίστε τα ολοκληρώµατα (β) ( ) d + = + = + (α) d (Υπόδειξη: Χρησιµοποιήστε ανάλυση σε απλά κλάσµατα) e sin d (Υπόδειξη: Χρησιµοποιήστε ολοκλήρωση κατά παράγοντες) + + (α) d = d = d + d = ln + ln + + C ( )( + ) + (β) cos e sin d = e d = e e cos d (*) Υπολογίζουµε τώρα το ολοκλήρωµα στο δεξιό µέλος της ως άνω σχέσης e cos d = e cos + e sin d = e cos + e sin 4 e cos d 5e cos d= e cos + e sin e cos d= ( e cos + e sin ) 5 και αντικαθιστούµε στην παραπάνω σχέση (*) βρίσκοντας τελικά: e sin d= e ( e cos + e sin ) η) ( 5 µονάδες) Να υπολογισθούν τα όρια: sin α) lim β) lim + + + γ) lim + sin δ) sin lim π π ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7
sin cos sin lim = lim = lim = εφαρµόζοντας φορές L Hospital 6 6 α) + (+ / ) lim = lim = lim = + + + / + / β) / / γ) Αν sin sin lim = l lim ln( ) = ln l lim sin ln = ln l Αλλά + + + ln / sin sin lim sin ln = lim = lim = lim = lim sin =, + + + + + / sin cos / sin cos cos εφαρµόζοντας µια φορά L Hospital Εποµένως ln l = l = sin( π ) lim = sin sin( π ) π π δ) lim = lim = Άρα το όριο δεν υπάρχει π π π π sin( π ) lim = + π π Θέµα ( 5 µονάδες) Για ποιες τιµές των παραµέτρων α, β έχει το κάτωθι σύστηµα ακριβώς µια λύση, άπειρες λύσεις ή καµία λύση; y = a z β Για τις τιµές που υπάρχει µια µόνο λύση, να βρεθεί η λύση αυτή συναρτήσει των α,β Ο αρχικός πίνακας µετασχηµατίζεται στον a β a β ιακρίνουµε τις εξής περιπτώσεις: a + β 4 β ( β ) ) α : Η λύση είναι µοναδική και γράφεται ( yz,, ) =,, a a a αφού ο πίνακας µπορεί να γίνει : a ( a)/ a ( a)/ a β ( a)/ β ) α =, β = : Τότε υπάρχουν άπειρες λύσεις αφού το σύστηµα γίνεται : ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7 4
+ y+ z = y+ z = + y+ z = = + y z =y ) α =, β : Το σύστηµα είναι αδύνατο, δηλ δεν υπάρχει καµία λύση Θέµα ( 5 µονάδες) 5 4 Έστω A = 6 5 (α) Να βρεθούν το χαρακτηριστικό πολυώνυµο του Α και οι ιδιοτιµές του Α n (β) Υπολογίστε τις δυνάµεις A όπου n µε τη βοήθεια του Θεωρήµατος των Cayley-Hamilton n n+ και δείξτε ότι A = A, A = A (γ) Αληθεύει ότι ο Α διαγωνοποιείται; (α) Έχουµε + 5 4 χ A = det( I A) = det 6 5 = = + + = = + Άρα οι ιδιοτιµές είναι οι,, (( 5)( 5) 4) (β) Από το Θεώρηµα των Cayley-Hamilton έχουµε A A= Άρα 4 A = AA = AA= A, = = = = 5 4 A AA AA A A 6 5 A = AA = AA= A n n+ Με επαγωγή αποδεικνύεται ότι A = A, A = A για κάθε θετικό ακέραιο n Πράγµατι, η πρώτη σχέση αληθεύει για n = Έστω ότι αυτή αληθεύει για ένα συγκεκριµένο n Τότε ( n+ ) n A = A A = A A = AA = AA= A Η δεύτερη σχέση αποδεικνύεται µε παρόµοιο τρόπο (γ) Ο Α διαγωνοποιείται γιατί είναι και έχει διακεκριµένες ιδιοτιµές Θέµα 4 ( 5 µονάδες) Να µελετηθούν ως προς τη σύγκλισή τους οι σειρές και να βρεθεί το άθροισµά τους όπου αυτό είναι δυνατόν: (α) ( n + n), (β) n n+, (γ) n n! ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7 5
( n + n)( n + + n) Άρα η σειρά αποκλίνει λόγω (α) ( n n) + = = n + + n n + + n σύγκρισης µε την αρµονική (β) Προκειται για τηλεσκοπική σειρά : k = lim = lim = k k n n n n n n = + = + k + n (γ) Η σειρά συγκλίνει, όπως δείχνει το κριτήριο του λόγου Το άθροισµά της είναι το e n! Θέµα 5 ( 5 µονάδες) ίνονται οι συναρτήσεις f =, g = + e + e, (, ) α) Αφού υπολογίστε f, g, εξετάστε την συµµετρία (αρτια, περιττή) µονοτονία, ακρότατα, σηµεία τοµής των αξόνων, και τα όρια καθώς, β) Με χρήση της αντικατάστασης u = e δείξτε ότι g d = du u + g d = f d, χωρίς να βρείτε την τιµή των ολοκληρωµάτων και συµπεράνετε ότι α) Οι παράγωγοι των συναρτήσεων είναι : f = = + + ( ), e e e e g + = = = e + e e + e e + e Και οι δύο συναρτήσεις έχουν µέγιστο στο = και κανένα άλλο τοπικό ακρότατο, είναι άρτιες και τείνουν ασυµπτωτικά στο για ± du β) = = = = = = e + e u+ u u u + u + + g d d du du d f d όπου έχουµε κάνει την αντικατάσταση u = e, du = e d = ud d = du / u και αλλάξαµε το κάτω όριο σε e = Θέµα 6 ( 5 µονάδες) ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7 6
(α) Οι βαθµοί στην τελική εξέταση ενός µαθήµατος, µε άριστα το, ακολουθούν κανονική κατανοµή µε µέσο όρο το και τυπική απόκλιση µονάδες Για να περάσει κανείς στο µάθηµα αυτό πρέπει να συγκεντρώσει στο διαγώνισµα τουλάχιστον µονάδες Σε ένα τυχαίο δείγµα µαθητών ποια είναι η πιθανότητα τουλάχιστον ένας από αυτούς να περάσει το µάθηµα; ίνεται ότι, αν η τυχαία µεταβλητή Ζ ακολουθεί την τυπική κανονική κατανοµή, τότε PZ [ ] = 84 (β) Ένας οδηγός έχει πιθανότητα να συλληφθεί µεθυσµένος Το αλκοτέστ κάνει ορθή διάγνωση στο 95% των περιπτώσεων, δηλαδή το τέστ είναι θετικό µε πιθανότητα 95 εάν ο συλληφθείς είναι µεθυσµένος και αρνητικό µε πιθανότητα 95 εάν δεν είναι Ποια είναι η πιθανότητα ο συλληφθείς να είναι όντως µεθυσµένος δεδοµένου ότι το τέστ είναι θετικό; Υπόδειξη: Θεωρήστε Α το ενδεχόµενο «ο συλληφθείς είναι µεθυσµένος» και Θ το ενδεχόµενο «το τέστ είναι θετικό» και χρησιµοποιήστε τον τύπο του Bayes (α) Η τυχαία µεταβλητή Ζ που ακολουθεί την τυπική κανονική κατανοµή γράφεται Ζ = (Χ-µ)/σ = (Χ-)/ Η πιθανότητα ένας µαθητής να περάσει το µάθηµα είναι PZ [ ] = PZ [ ] =,84 Σε ένα τυχαίο δείγµα τριών µαθητών η πιθανότητα να περάσει το µάθηµα τουλάχιστον ένας από αυτούς είναι σύµφωνα µε τη διωνυµική κατανοµή: P(περνάει τουλάχιστον ένας)= - Ρ(δεν περνάει κανένας) = - (-84) = *84*(-84) +*84 *(-84) + (84) = 996 (β) Σύµφωνα µε το τύπο Bayes έχουµε: PA P( Θ/ Α) P( Α/ Θ ) = PA P( Θ/ Α ) + PA ( ') P( Θ/ Α') µε PA = / =, PA ( ') = 99 / = 99 Επίσης έχουµε 95 P( Θ/ Α ) = 95, P( Θ/ Α ') = 5 οπότε P ( Α/Θ) = 6 95 + 99 5 Άρα η πιθανότητα, µετά από θετικό τεστ, ο συλληφθείς να ήταν όντως µεθυσµένος είναι λιγότερο από ένα προς έξι ΠΛΗ--ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ-----6-7 7