Eerste huiswerkopdracht Lineaire algebra 1

Vergelijkbare documenten
More points, lines, and planes

Lineaire algebra I (wiskundigen)

a) Bepaal punten a l en b m zó dat de lijn door a en b parallel is met n.

Vierde huiswerkopdracht Lineaire algebra 1

Vectormeetkunde in R 3

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Ruimtewiskunde. college 3 Lijnen, vlakken en oppervlakken in de ruimte. Vandaag

De n-dimensionale ruimte Arjen Stolk

Lineaire algebra I (wiskundigen)

Kies voor i een willekeurige index tussen 1 en r. Neem het inproduct van v i met de relatie. We krijgen

Inwendig product, lengte en orthogonaliteit

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1 donderdag 23 december 2004,

Kwantitatieve Economie / Faculteit Economie en Bedrijfskunde / Universiteit van Amsterdam. Schrijf je naam en studentnummer op alles dat je inlevert.

Uitwerking 1 Uitwerkingen eerste deeltentamen Lineaire Algebra (WISB121) 3 november 2009

UITWERKINGEN d. Eliminatie van a geeft d. Eliminatie van b,

Vectoranalyse voor TG

Les 1 : Vectoren. Hoofdstuk 6 Vectormeetkunde (H4 Wiskunde D) Pagina 1 van 14. Definities Vector x = ( a ) wil zeggen a naar rechts en b omhoog.

Inwendig product, lengte en orthogonaliteit in R n

Lineaire Algebra voor ST

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A. De opgaven

Hoofdstuk 6 : Vectormeetkunde

Tentamen Lineaire Algebra UITWERKINGEN

Geef niet alleen antwoorden, maar bewijs al je beweringen.

Voorbeeldopgaven Meetkunde voor B

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A

x cos α y sin α . (1) x sin α + y cos α We kunnen dit iets anders opschrijven, namelijk als x x y sin α

Bekijk nog een keer het stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden x en y: { De tweede vergelijking van de eerste aftrekken geeft:

Uitwerkingen tentamen lineaire algebra 2 13 januari 2017, 10:00 13:00

Toepassingen in de natuurkunde: snelheden, versnellingen, krachten.

Tentamen Lineaire Algebra

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

UITWERKINGEN 1 2 C : 2 =

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

Lineaire Algebra voor ST

Tentamen Lineaire Algebra 1 (Wiskundigen)

15 Uitwerkingen Lineaire Algebra

Lijnen, vlakken, normaalvector, shading

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN MEETKUNDE I

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

College WisCKI. Albert Visser. 28 november, Department of Philosophy, Faculty Humanities, Utrecht University. Lijn, Vlak, etc.

Ruimtewiskunde. college. Stelsels lineaire vergelijkingen. Vandaag UNIVERSITEIT TWENTE. Stelsels lineaire vergelijkingen.

Tweede huiswerkopdracht Lineaire algebra 1 Uitwerking en opmerkingen

2. Transformaties en matrices

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Tentamen 3 november 2014

Je mag Zorich deel I en II gebruiken, maar geen ander hulpmiddelen (zoals andere boeken, aantekeningen, rekenmachine etc.)!

Kwantummechanica Donderdag, 13 oktober 2016 OPGAVEN SET HOOFDSTUK 4. Bestudeer Appendix A, bladzijden van het dictaat.

College WisCKI. Albert Visser. 5 december, Department of Philosophy, Faculty Humanities, Utrecht University. Lijn, Vlak, etc.

te vermenigvuldigen, waarbij N het aantal geslagen Nederlandse munten en B het aantal geslagen buitenlandse munten zijn. Het resultaat is de vector

Ruimtewiskunde. college. Het inwendig- en het uitwendig product. Vandaag. Hoeken Orthogonaliteit en projecties. Toepassing: magnetische velden

Stelsels lineaire vergelijkingen

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Basiskennis lineaire algebra

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

FLIPIT 5. (a i,j + a j,i )d i d j = d j + 0 = e d. i<j

Wiskunde voor relativiteitstheorie

Opgave 1 Bekijk de Uitleg, pagina 1. Bekijk wat een vectorvoorstelling van een lijn is.

Vectorruimten met inproduct

8.0 Voorkennis. a De pijlen van O(0, 0) naar A(4, 2) en van A(4, 2) naar B(2, 3) zijn vectoren.

Syllabus. Lineaire Algebra. dr. H.G.J. Pijls en dr. C.G. Zaal

Hertentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Di 17 april 13:30 16:30

1E HUISWERKOPDRACHT CONTINUE WISKUNDE

Dossier 4 VECTOREN. Dr. Luc Gheysens. bouwstenen van de lineaire algebra

Krommen in de ruimte

Lineaire afbeeldingen

Examen G0O17D Wiskunde II (6sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-12:30 uur

Geef niet alleen antwoorden, maar bewijs al je beweringen.

2IV10 Instructie 4: Geometrie 1

10.0 Voorkennis. y = -4x + 8 is de vergelijking van een lijn. Hier wordt y uitgedrukt in x.

Opgaven bij Analytische meetkunde in een nieuw jasje

Matrices en Stelsel Lineaire Vergelijkingen

Paragraaf 10.1 : Vectoren en lijnen

ONBETWIST ONderwijs verbeteren met WISkunde Toetsen Voorbeeldtoetsen Lineaire Algebra Deliverable 3.10 Henk van der Kooij ONBETWIST Deliverable 3.

Uitwerkingen Lineaire Algebra I (wiskundigen) 22 januari, 2015

1.1 Oefen opgaven. Opgave Van de lineaire afbeelding A : R 3 R 3 is gegeven dat 6 2, 5 4, A 1 1 = A = Bepaal de matrix van A.

Antwoorden op de theoretische vragen in de examen voorbereiding

7 Totaalbeeld. Samenvatten. Achtergronden. Testen

Lineaire Algebra voor ST

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Calculus C (2WCB1) op zaterdag 25 januari 2014, 9:00 12:00 uur

College WisCKI. Albert Visser. 16 januari, Department of Philosophy, Faculty Humanities, Utrecht University. Loodrechte Projectie

Lineaire programmering

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

WI1708TH Analyse 3. College 5 23 februari Challenge the future

Lineaire Algebra en Vectorcalculus 2DN60 College 4.b.1 Orthogonaliteit en de meetkunde van lineaire systemen

Tentamen lineaire algebra voor BWI maandag 15 december 2008, uur.

Hoofdstuk 9. Vectorruimten. 9.1 Scalairen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Oefenzitting 2: Parametrisaties.

4.0 Voorkennis. 1) A B AB met A 0 en B 0 B B. Rekenregels voor wortels: Voorbeeld 1: Voorbeeld 2: Willem-Jan van der Zanden

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1A. maandag 16 december 2002, b. Bepaal een basis voor de rijruimte en voor de kolomruimte van A.

Samenvatting VWO wiskunde B H04 Meetkunde

Vectoranalyse voor TG

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Optelling en scalaire vermenigvuldiging zijn weer plaatsgewijs gedefinieerd, bijvoorbeeld: 7 (x 1, x 2, x 3,...)

Combinatoriek groep 1 & 2: Recursie

Wiskunde I - proefexamen - modeloplossing

Driehoeksongelijkheid en Ravi (groep 1)

Determinanten. , dan is det A =

Wiskunde D Online uitwerking 4 VWO blok 6 les 4

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

4.0 Voorkennis. 1) A B AB met A 0 en B 0 B B. Rekenregels voor wortels: Voorbeeld 1: Voorbeeld 2: Willem-Jan van der Zanden

Transcriptie:

Eerste huiswerkopdracht Lineaire algebra 1 October 2, 2010 Dit huiswerkexamen moest maandag 27 september 2010, uitgewerkt in L A TEX, worden ingeleverd aan het begin van het college. Vergat niet je naam en studentennummer op het materiaal te zetten dat je inlevert. Overleggen mocht, maar je moest het zelf opschrijven. Kopiëren mocht dus niet. Opgave 1: Gegeven vectoren a en b in R 3. Het uitproduct van vector a en b met a = (a 1, a 2, a 3 en b = (b 1, b 2, b 3 is de vector a b = (a 2 b 3 a 3 b 2, a 3 b 1 a 1 b 3, a 1 b 2 a 2 b 1 (1 a Laat zien dat a b loodrecht op a en b staat. b Laat zien dat a b 2 = a 2 b 2 (a b 2 c Laat zien dat a b = a b sin(θ, met θ de hoek tussen a en b. d Laat zien dat het oppervlak van het parallellogram opgespannen door de vectoren a en b gelijk is aan a b. a Per definitie staat a b loodrecht op a als geldt a, a b = 0. Evenzo staat a b loodrecht op b wanneer geldt b, a b = 0. We berekenen en a, a b = a 1 (a 2 b 3 a 3 b 2 + a 2 (a 3 b 1 a 1 b 3 + a 3 (a 1 b 2 a 2 b 1 = a 1 a 2 b 3 a 1 a 3 b 2 + a 2 a 3 b 1 a 1 a 2 b 3 + a 1 a 3 b 2 a 2 a 3 b 1 = 0 b, a b = b 1 (a 2 b 3 a 3 b 2 + b 2 (a 3 b 1 a 1 b 3 + b 3 (a 1 b 2 a 2 b 1 = a 2 b 1 b 3 a 3 b 1 b 2 + a 3 b 1 b 2 a 1 b 2 b 3 + a 1 b 2 b 3 a 2 b 1 b 3 = 0 dus inderdaad staat a b loodrecht op a en b. Alternatieve oplossing. Na te laten zien dat geldt a, a b = 0, hoeven we niet nog een keer hetzelfde te doen voor b. We kunnen ook opmerken dat b a = a b, wat direct uit de definitie van het uitproduct volgt. We hebben al bewezen dat geldt a, a b = 0. Door de variabelen te hernoemen zien we dat dan ook geldt b, b a = 0. Er volgt b, a b = b, b a = b, b a = 0 = 0 zonder nogmaals in coördinaten uit te schrijven. 1

b Deze identiteit kunnen we bewijzen door het in coördinaten uit te schrijven. Er geldt a b 2 = a b, a b = (a 2 b 3 a 3 b 2 2 + (a 3 b 1 a 1 b 3 2 + (a 1 b 2 a 2 b 1 2 = a 2 2b 2 3 + a 2 3b 2 2 2a 2 a 3 b 2 b 3 + a 2 3b 2 1 + a 2 1b 2 3 2a 1 a 3 b 1 b 3 + a 2 1b 2 2 + a 2 2b 2 1 2a 1 a 2 b 1 b 2 = a 2 1b 2 1 + a 2 1b 2 2 + a 2 1b 2 3 + a 2 2b 2 1 + a 2 2b 2 2 + a 2 2b 2 3 + a 2 3b 2 1 + a 2 3b 2 2 + a 2 3b 2 3 (a 2 1b 2 1 + a 2 2b 2 2 + a 2 3b 2 3 + 2a 1 a 2 b 1 b 2 + 2a 1 a 3 b 1 b 3 + 2a 2 a 3 b 2 b 3 = (a 2 1 + a 2 2 + a 2 3(b 2 1 + b 2 2 + b 2 3 (a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3 2 = a 2 b 2 a, b 2 zoals we moeten bewijzen. c We weten dat geldt cos θ = a, b a b wat we ook kunnen schrijven als a, b = a b cos θ. Met behulp daarvan en onderdeel b zien we dat geldt a b 2 = a 2 b 2 a, b 2 = a 2 b 2 a 2 b 2 cos 2 θ = a 2 b 2 (1 cos 2 θ = a 2 b 2 sin 2 θ. In de laatste stap gebruiken we de bekende regel sin 2 θ+cos 2 θ = 1. Tenslotte nemen we de wortel van bovenstaande vergelijking. Dit mag omdat alle lengtes niet-negatief zijn en bovendien geldt sin θ 0 omdat θ tussen 0 en π ligt. We concluderen dat inderdaad geldt a b = a b sin θ. d De oppervlakte van het parallellogram is het product van een basis en de hoogte van het parallellogram ten opzicht van die basis. Kies (bijvoorbeeld de vector a als basis, dan is de hoogte gelijk aan de lengte van de component van b die loodrecht staat op a. Met de regel sin θ is overstaande zijde gedeeld door schuine zijde zien we dat de hoogte gelijk is aan b sin θ. De lengte van de basis is a, dus het oppervlak is a b sin θ = a b.

Opgave 2: Waar of niet waar? Geef een kort bewijs of een tegenvoorbeeld. a Gegeven twee vectoren v, w R n. Als er geldt v, w = 0, dan geldt ook v = 0 of w = 0. b Gegeven twee vectoren v, w R n. Dan geldt v + w = v w dan en slechts dan als v en w loodrecht op elkaar staan. c Voor elke twee vectoren v, w in R n geldt v w v + w. a Niet waar. De vectoren v = (1, 0 en w = (0, 1 vormen een tegenvoorbeeld. b Omdat lengtes niet negatief zijn mogen we kwadrateren en is het voldoende om te laten zien dat v en w loodrecht op elkaar staan dan en slechts dan als v + w 2 = v w 2. Nu geldt v + w 2 = v + w, v + w = v, v + w, w + 2 v, w en v w 2 = v w, v w = v, v + w, w 2 v, w wegens bilineariteit van het inproduct. Dit impliceert dat er geldt v + w 2 = v w 2 dan en slechts dan als 2 v, w = 2 v, w, dus als v, w = 0, wat per definitie betekent dat v en w loodrecht op elkaar staan. c We passen de driehoeksongelijkheid toe op de vectoren v en w. Dan volgt v w = v + ( w v + w = v + w, waarbij de laatste gelijkheid volgt uit λw = λ w met λ = 1.

Opgave 3: Gegeven drie punten P 1 = (1, 1, 3, P 2 = (2, 2, 4 en P 3 = (3, 1, 2 in R 3. a Bepaal een vergelijking voor het vlak V 1 door de punten P 1, P 2 en P 3. Een tweede vlak V 2 gaat door het punt Q = (0, 2, 1 en wordt gekarakteriseerd door een normaalvector n = (1, 0, 1. b Bepaal een vergelijking voor vlak V 2. c Bepaal de afstand van het punt P 1 tot het vlak V 2. d Bepaal de hoek tussen de vlakken V 1 en V 2 (dat is de hoek tussen de normaalvectoren. e Bepaal met behulp van het uitproduct de richtingsvector van de snijlijn van de vlakken V 1 en V 2. Geef nu een parameter representatie van de snijlijn van de vlakken V 1 en V 2. a Merk allereerst op dat P 2 P 1 = (1, 1, 1 en dat P 3 P 1 = (2, 0, 1, en dat de parametrisatie van V 1 gegeven wordt door x = P 1 + s(p 2 P 1 + t(p 3 P 1. Om hiervan een vergelijking van de vorm a, x = b te maken, merken we op dat voor zo n vector a moet gelden dat a, P 2 P 1 = a, P 3 P 1 = 0. We vinden deze a dan door P 2 P 1 en P 3 P 1 als rijen in een matrix te zetten, en dan Gauss-eliminatie toe te passen om de matrix in rijtrapvorm te krijgen. ( 1 1 1 2 0 1 2R 1 ( 1 1 1 0 2 3 1 2 ( 1 1 1 3 0 1 2 We bekijken de (enige kolom zonder hoofdelement (Nederlands voor pivot. Voor de vector a = (a 1, a 2, a 3 nemen we dus alleen de laatste coördinaat vrij. In dit geval zal a 3 = 2 een handige keuze blijken, omdat we daarmee noemers vermijden. Bij de rijen van onze matrix horen de volgende vergelijkingen: a 1 + a 2 + a 3 = 0 a 2 + 3 2 a 3 = 0 We zien dan (van onder naar boven dat a 2 = 3 en a 1 = 1. Dus a = (1, 3, 2. Vervolgens bepalen we de constante b. Deze is namelijk gelijk aan a, P 1 = 4. Dus wordt V 1 gegeven door a, x = 4 met a = (1, 3, 2. b Omdat n een normaalvector is van V 2, weten we dat een vergelijking van V 2 van de vorm n, x = b is, voor een zekere constante b. Deze constante is gelijk aan n, Q = 1. We concluderen dat een vergelijking van V 2 gegeven wordt door n, x = 1. c Merk allereerst op dat v = (1, 1, 0 in het vlak V 2 ligt. (Want n, v = 1. Deze keuze van v zal later handig blijken, maar elke andere vector in V 2 werkt ook. Dus we transleren over v. We krijgen dan: P = T v (P 1 = (1, 1, 3 (1, 1, 0 = (0, 0, 3 V = T v (V 2 : n, x = 0,

en de afstand tussen P 1 en V 2 is gelijk aan die tussen P en V. Deze laatste gaan we nu uitrekenen. Merk op dat we P kunnen opschrijven als P = x + y, waar x V (dus x = λn voor zekere λ R, en waar y V. Dan is de afstand van P tot V gelijk aan x. Merk nu op dat x gelijk is aan de projectie van P op n. Dus: x = P, n n 2 n = 3 2 n. Dus de afstand van P 1 tot V 2 is gelijk aan x = 3 2 n = 3 2 2. d Merk op dat de hoek tussen V 1 en V 2 gelijk is aan de hoek α tussen hun normaalvectoren a en n. Hiervoor geldt: cos α = a, n a n = 3 14 2 = 3 14 7. Dus α = arccos ( 3 14 7. e De snijlijn L van de vlakken V 1 en V 2 ligt per definitie in beide vlakken. De richtingsvector v van L staat dus loodrecht op beide normaalvectoren a en n van V 1 en V 2 respectievelijk. Dit betekent dat we voor v = a n = ( 3, 1, 3 kunnen nemen. Hieruit volgt ook dat L een parametrisatie van de vorm x = p + tv heeft, waar p een vector is in L. Dat wil zeggen, p voldoet aan de vergelijkingen a, p = 4 en n, p = 1. Dus we vinden deze p door in een matrix als eerste rij n en 1 en als tweede rij a en 4 te zetten, en dan Gauss-eliminatie toe te passen. ( 1 0 1 1 1 3 2 4 R 1 ( 1 0 1 1 0 1 1 3 1 ( 1 0 1 1 0 3 1 3 1 3 Merk op dat alleen de derde kolom geen hoofdelement bevat. We kunnen voor p = (p 1, p 2, p 3 de derde coördinaat vrij kiezen. Neem bijvoorbeeld p 3 = 0. Bij de rijen van onze matrix horen de vergelijkingen p 1 + p 3 = 1 p 2 1 3 p 3 = 1, en dus volgt direct uit p 3 = 0 dat p 1 = 1 en p 2 = 1. We kunnen dus p = (1, 1, 0 nemen, en onze parametrisatie wordt dan L : x = p + tv met p = (1, 1, 0, v = ( 3, 1, 3.

Opgave 4: Gegeven zijn de vectoren v 1 = (1, 0, 1, 3, v 2 = (2, 1, 0, 2, v 3 = (1, 1, 1, 1, v 4 = (0, 3, 1, 2, v 5 = (1, 1, 0, 1. Zij V R 4 geparametriseerd met parameters s en t door x = sv 1 + tv 2 en zij W R 4 geparametriseerd met parameters r, s, t door x = rv 3 +sv 4 +tv 5. Parametriseer de doorsnede V W. We bepalen eerst genoeg vergelijkingen van de vorm a, x = b die W definiëren. Voor zulke a R 4 geldt a, v 3 = a, v 4 = a, v 5 = 0. We zetten de vectoren v 3, v 4, v 5 als rijen in een matrix en bepalen middels Gaussian elimination een row echelon vorm. 1 1 1 1 0 3 1 2 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 3 2 0 2 1 0 R 1 1 1 1 1 0 3 1 2 0 2 1 0 +2R 2 1 1 1 1 0 1 3 2 4 0 0 1 5 1 1 1 1 0 1 3 2 0 0 5 4 2R 3 [Merk op dat we in stap 2 niet rij 2 door 3 gedeeld hebben. Dat zou noemers gecreëerd hebben, dus in plaats daarvan hebben we er een slim veelvoud van een andere rij erbij opgeteld om toch een 1 als pivot te krijgen zonder noemers in de matrix. ] Er is maar één kolom zonder pivot, namelijk de vierde. We krijgen dan ook maar één vergelijking voor W. Voor de vector a = (a 1, a 2, a 3, a 4 kiezen we alleen de vierde coördinaat vrij, zeg a 4 = 5 (om noemers te voorkomen. De drie rijen horen bij de vergelijkingen a 1 + a 2 + a 3 + a 4 = 0, a 2 + 3a 3 + 2a 4 = 0, a 3 + 4 5 a 4 = 0. Van onder naar boven gebruiken we deze vergelijkingen om te vinden a 3 = 4, a 2 = 2 en a 1 = 3. Omdat W door de oorspong gaat hebben we b = 0. We zien dus dat W gegeven wordt door a, x = 0 met a = ( 3, 2, 4, 5. Vullen we hierin de parametrisatie x = sv 1 + tv 2 van V in, dan krijgen we vergelijkingen voor die parameters s, t waarvoor x in V W ligt. We krijgen 0 = a, x = s a, v 1 + t a, v 2 = 16s + 6t, dus s = 3 8t. Dit betekent dat V W geparametriseerd wordt door x = 3 8 tv 1 + tv 2 = 1 8 t( 3v 1 + 8v 2. We mogen ook wel met 8 vermenigvuldigen en zien dat V W wordt geparametriseerd door x = tv met v = 3v 1 + 8v 2 = (13, 8, 3, 7.. 1 5