Ruimtewiskunde. college. De determinant en lineaire afbeeldingen. Vandaag. De determinant van een matrix. Toepassing: oppervlakte en inhoud

Vergelijkbare documenten
Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra (wi2142tn) Les 5: Determinanten. Joost de Groot Les 5. Faculteit EWI, Toegepaste Wiskunde. Technische Universiteit Delft

Determinanten. , dan is det A =

De inverse van een matrix

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

Stelsels Vergelijkingen

Uitwerkingen huiswerk week 6

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

Hoofdstuk 3 : Determinanten

Tentamen Lineaire Algebra 2

Coëfficiënten matrix = matrix waarin de rechterkolom geen oplossing van de vergelijking is. 1. Lineair systeem = Stelsel van lineaire vergelijkingen

4. Determinanten en eigenwaarden

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

Matrixalgebra (het rekenen met matrices)

Lineaire Algebra voor ST

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

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

Aanvullingen bij Hoofdstuk 8

Vectormeetkunde in R 3

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Lineaire Algebra. Bovendriehoeks- en onderdriehoeks vorm: onder (boven) elke leidende term staan enkel nullen

WI1808TH1/CiTG - Lineaire algebra deel 1

Vectorruimten en deelruimten

Basiskennis lineaire algebra

Coördinatiseringen. Definitie 1. Stel dat B = {b 1,..., b n } een basis is van een vectorruimte V en dat v V. iedere vector v V :

Determinanten. Definities en eigenschappen

3.2 Vectoren and matrices

Bilineaire Vormen. Hoofdstuk 9

Definities, stellingen en methoden uit David Poole s Linear Algebra A Modern Introduction - Second Edtion benodigd voor het tentamen Matrix Algebra 2

Matrixoperaties. Definitie. Voorbeelden. Een matrix is een rechthoekig array van getallen, die kentallen of elementen heten.

Het oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen Wiskunde 2, 2DM60 College 2b

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

Tentamen Lineaire Algebra 1 (Wiskundigen)

Uitwerkingen Lineaire Algebra I (wiskundigen) 22 januari, 2015

Aanvullingen bij Hoofdstuk 6

Samenvatting Lineaire Algebra, periode 4

Antwoorden op de theoretische vragen in de examen voorbereiding

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

Hints en antwoorden bij de vragen van de cursus Lineaire Algebra en Meetkunde

Lineaire Algebra voor W 2Y650

Lineaire Algebra voor ST

Vierde huiswerkopdracht Lineaire algebra 1

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra voor ST

Eindtermen Lineaire Algebra voor E vor VKO (2DE01)

M1 Wiskundig taalgebruik en notaties

Vectoranalyse voor TG

2. Transformaties en matrices

CTB1002 deel 1 - Lineaire algebra 1

x = b 1 x 1 , b = x n b m i,j=1,1 en een vector [x j] n j=1 m n a i,j x j j=1 i=1

Lineaire Algebra voor ST

Inwendig product, lengte en orthogonaliteit in R n

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1 donderdag 23 december 2004,

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

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.

Hoofdstuk 3 : Determinanten

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra (2DD12) Laatste nieuws in 2012

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

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

Lineaire Algebra Een Samenvatting

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

8.1 Herleiden [1] Herleiden bij vermenigvuldigen: -5 3a 6b 8c = -720abc 1) Vermenigvuldigen cijfers (let op teken) 2) Letters op alfabetische volgorde

Lineaire Algebra voor ST

Vector-en matrixvergelijkingen. Figuur: Vectoren, optellen

I.3 Functies. I.3.2 Voorbeeld. De afbeeldingen f: R R, x x 2 en g: R R, x x 2 zijn dus gelijk, ook al zijn ze gegeven door verschillende formules.

Eigenwaarden en eigenvectoren

Lineaire algebra I (wiskundigen)

6. Lineaire operatoren

3.1 Haakjes wegwerken [1]

Schoolagenda 5e jaar, 8 wekelijkse lestijden

Dimensie van een deelruimte en rang van een matrix

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

Lineaire afbeeldingen

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

EXAMEN LINEAIRE ALGEBRA EN ANALYTISCHE MEETKUNDE I. 1. Theorie

Examen Lineaire Algebra en Meetkunde Tweede zit (13:30-17:30)

Stelsels lineaire vergelijkingen

Functies van vectoren

Lineaire Algebra en Vectorcalculus 2DN60 College 5.a Basis en dimensie

11.0 Voorkennis V

1 Rekenen in eindige precisie

8.1 Herleiden [1] Herleiden bij vermenigvuldigen: -5 3a 6b 8c = -720abc 1) Vermenigvuldigen cijfers (let op teken) 2) Letters op alfabetische volgorde

Lineaire Algebra voor ST

Jordan normaalvorm. Hoofdstuk 7

Vragen, samenvattingen en uitwerkingen Lineaire algebra 1 - UvA

Lineaire afbeeldingen

3 De duale vectorruimte

Vectoranalyse voor TG

Unitaire en Hermitese transformaties

Coëfficiënten matrix = matrix waarin de rechterkolom geen oplossing van de vergelijking is. 1. Lineair systeem = Stelsel van lineaire vergelijkingen

Lineaire Algebra voor ST

Lineaire Algebra TW1205TI. I.A.M. Goddijn, Faculteit EWI 12 februari 2014

1. Vectoren in R n. y-as

Uitwerkingen tentamen Lineaire Algebra 2 16 januari, en B =

Tentamen lineaire algebra voor BWI dinsdag 17 februari 2009, uur.

Toepassingen in de natuurkunde: snelheden, versnellingen, krachten.

Lineaire Algebra voor W 2Y650

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

PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA donderdag 17 november 2011

Transcriptie:

college 6 en lineaire collegejaar college build slides Vandaag : : : : 6-7 6 9 juni 27 3 2 3 van een matrix Toepassing: oppervlakte en inhoud.6-7[6] vandaag

van de 2 2-matrix a b c d is gelijk aan ad bc. Je kunt van iedere vierkante matrix de determinant berekenen. We geven geen formele definitie, maar volstaan met een aantal eigenschappen en rekenregels, waarmee je iedere determinant kunt bepalen. Eigenschappen 3.. van een vierkante matrix is een getal. 2. Een vierkante matrix A is inverteerbaar dan en slechts dan als det A..6-7[6] 2 det. Eigenschappen - vervolg 3. 3. Voor alle n n matrices A en B geldt det(ab) = det A det(b). 4. Voor iedere vierkante matrix A geldt: det A T = det A. 5. Voor iedere driehoeksmatrix D geldt: de determinant van D is gelijk aan het product van de diagonaalelementen. 6. Elementaire operaties hebben het volgende effect op de determinant van een matrix: Vervanging: een rij vermenigvuldigen en bij een andere rij optellen verandert de waarde van de determinant niet. Verwisseling: vermenigvuldig de determinant met. Schaling: vermenigvuldig de determinant met α als je een rij met α vermenigvuldigt..6-7[6] 3 det.2

Notatie van de determinant van A noteer je als det A. Voor grote matrices kun je ook vertikale strepen gebruiken: 7 2 7 2 6 3 6 3 = det 2 2. 4 2 8 3 4 2 8 3 Schrijf nooit A als je det A bedoelt..6-7[6] 4 det.3 Voorbeeld Voorbeeld 3.2 5 5 2 2 4 3 = 6 3 2 2 2 2 /2 5 5 = 2 6 3 = 2 6 3 6 5 = 2 = 2 ( 3) = 6. 3.6-7[6] 5 det.4

terminant en inverteerbare matrices inverteerbare matrix stelling 3.3 Een vierkante matrix A is inverteerbaar dan en slechts dan als det A. Voor 2 2-matrices is dit stelling 2.25. Voor grotere matrices is deze stelling lastig te bewijzen, en valt buiten het kader van dit vak..6-7[6] 6 det.5 regel van Sarrus 3.4 Kruismethode a a 2 a 3 a a 2 a 2 a 22 a 23 a 2 a 22 a 3 a 32 a 33 a 3 a 32 det A = a a 22 a 33 + a 2 a 23 a 3 + a 3 a 2 a 32 a 3 a 22 a 3 a 32 a 23 a a 33 a 2 a 2. + + + Stermethode a a 2 a 3 a 2 a 22 a 23 a 3 a 32 a 33 a a 2 a 3 a 2 a 22 a 23 a 3 a 32 a 33 det A = a a 22 a 33 + a 2 a 23 a 3 + a 3 a 2 a 32 a 3 a 22 a 3 a 32 a 23 a a 33 a 2 a 2..6-7[6] 7 det.6

regel van Sarrus Voorbeeld blz. 68 5 2 4 3 2 2 5 2 4 2 + + + det A = 4 2 + 5 3 + 2 ( 2) 4 ( 2) 3 2 2 5 = 8 + + + 6 2 = 6.6-7[6] 8 det.7.a Let op! a a 2 a 3 a 4 a a 2 a 3 a 2 a 22 a 23 a 24 a 2 a 22 a 23 a 3 a 32 a 33 a 34 a 3 a 32 a 33 a 4 a 42 a 43 a 44 a 4 a 42 a 43 Waarschuwing Bij het berekenen van de determinant van een n n matrix met n 4 mag je niet gebruik maken van de regel van Sarrus. van een 4 4 matrix heeft 24 termen!.6-7[6] 9 det.7.b

Hoofdstuk 3 finitie Stel D en C zijn verzamelingen. Een functie of afbeelding van D naar C is een voorschrift dat aan ieder element x D precies één element y C toewijst. Verzameling D is het definitiegebied of domein van f. Verzameling C is het waardenbereik of codomein van f. We schrijven: f : D C. Als x D en f wijst aan x het element y C toe, dan noteren we dit als y = f (x), of x f (x). Symbolisch: x f f (x) Afbeeldingen van R n naar R m worden met hoofdletters genoteerd, en we laten vaak de haakjes weg: Fx = F(x)..6-7[6] la. Een afbeelding F van R n naar R m beeldt een vector af op een andere vector: Voorbeeld: x = (x,.., x n ) F y = (y,.., y m ) F(x, x 2 ) = ( x 2 x 2 2, x x 2 ). () finitie Een afbeelding van R n naar R m is lineair als. F(u + v) = Fu + Fv voor alle u en v in R n, 2. F(αu) = αfu voor alle u in R n en voor alle α R. afbeelding () is niet lineair: F(2, 2) = (, 4), maar 2F(, ) = 2(, ) = (, 2) F ( 2(, ) )..6-7[6] la.2

Voorbeeld Voorbeeld 3.6 Toon aan dat de afbeelding F : R 2 R 2 gegeven door F(x, y) = ( y, x) voor alle x, y R lineair is. Stel u = (u, u 2 ) en v = (v, v 2 ), dan F(u + v) = F ( (u, u 2 ) + (v, v 2 ) ) terwijl = F(u + v, u 2 + v 2 ) = ( (u 2 + v 2 ), u + v ) = ( u 2 v 2, u + v ), Fu + Fv = F(u, u 2 ) + F(v, v 2 ) = ( u 2, u ) + ( v 2, v ) = ( u 2 v 2, u + v ) = F(u + v). Op soortgelijke wijze toon je aan dat F(αu) = αfu..6-7[6] 2 la.3 Matrix finitie finitie 3.7 Stel A is een m n-matrix. matrixafbeelding T A van A is de afbeelding T A : R n R m die aan iedere u R n de vector T A u toevoegt volgens het voorschrift T A u = Au. u T A Au Als m = n dan is T A een matrixtransformatie. Voor iedere m n-matrix A geldt dat de matrixafbeelding T A : R n R m een lineaire afbeelding is. Het bewijs volgt uit stelling 2.6..6-7[6] 3 la.4

Matrix Voorbeeld Voorbeeld 3.8 finieer A = voorbeeld 3.6: [ ]. Beschouw de afbeelding F van F(x, x 2 ) = ( x 2, x ) voor alle x, x 2 R. Toon aan dat F = T A. Stel x = (x, x 2 ), dan x x2 T A x = =. Schrijf met vectoren: x 2 T A x = T A (x, x 2 ) = ( x 2, x ) = F(x, x 2 ) = F(x). Dit geldt voor alle x in R 2, dus T A = F. x.6-7[6] 4 la.5 finitie finitie 3. j-de standaard basisvector in R n is de vector e j R n die op de j-de positie een heeft en op de overige posities nullen. In Thomas Calculus worden deze basisvectoren voor R 2 en R 3 aangegeven met i en j respectievelijk i, j en k: R 2 : i=e =, j=e 2 =, R 3 : i=e =, j=e 2 =, k=e 3 =..6-7[6] 5 sm.

Lemma Lemma 3. Stel x is een vector in R n, dan geldt x = x e + x 2 e 2 + + x n e n. Bewijs x = x. x n = x. + +. x n = x. + + x n. = x e + + x n e n..6-7[6] 6 sm.2 Lemma Stel F : R n R m is een lineaire afbeelding. Voor iedere vector x = (x, x 2,..., x n ) in R n geldt F(x) = x F(e ) + x 2 F(e 2 ) + + x n F(e n ). Dit is een direct gevolg van lemma 3. en de lineariteit van F. Om F(x) te berekenen hoef je slechts te weten wat het F-beeld is van de standaard basisvectoren e j. finitie finitie 3.2 Stel F : R n R m is een lineaire afbeelding. van F is de m n matrix [F] waarvan de j-de kolom gelijk is aan F(e j ) (met j =,..., n)..6-7[6] 7 sm.3

Voor iedere lineaire afbeelding F : R n R m geldt: F(x) = [F]x voor iedere x R n. Bewijs Gebruik stelling 2.: F(x) = x (Fe ) + x 2 (Fe 2 ) + + x n (Fe n ) x x 2 = Fe Fe 2... Fe n. = [F]x. x n.6-7[6] 8 sm.4 Voorbeeld Zie ook voorbeelden 3.6 Beaal de van de lineaire afbeelding F gedefinieerd door: F(x, y) = ( y, x) voor alle x, y R. kolommen van [F] worden gevormd door Fe en Fe 2 : Fe = F(, ) = (, ) = en Fe 2 = F(, ) = (, ) =. van F is [F] = Fe Fe 2 =. Uit voorbeeld 3.8 volgt: T [F] = F..6-7[6] 9 sm.5

en de matrixafbeelding [ ] F lineaire [ A matrices ] T matrixafbeelding van de van F is gelijk aan F: F [F] F. van de matrixafbeelding van A is gelijk aan A: A T A A..6-7[6] 2 sm.6 Zelfstudie Voorbeeld Voorbeeld 3.3 Van een lineaire transformatie F op R 2 is gegeven dat F(, 3) = (, ) en F(, 2) = (, ). Bepaal [F]. Stel X = [F], dan: X = 3 Hieruit volgt [ X = X 3 2 Stel A = en B = 3 2 en X [ X 3 2 = 2 ] ] [ [F] = X = XAA = BA 2 = = 3 ] =, dan. 2. 5 2.6-7[6] 2 sm.7

Oppervlakte en volume Toepassing (herhaling) y v u + v u x finitie Stel u en v zijn vectoren in R 2. Het parallellogram opgespannen door u en v is het parallellogram met hoekpunten, u, v en u + v. Het parallellogram opgespannen door u en v is gelijk aan {su + tv s en t }..6-7[6] 22 ov. Oppervlakte van een parallellogram Toepassing (herhaling) Hoofdstuk 3, stelling 3.26 Stel A is een 2 2 matrix. Dan is de oppervlakte van het parallellogram opgespannen door de kolommen van A gelijk aan det A. y d c (b, d) b P a (a, c) a b Stel A =, dan is de oppervlakte van het c d parallellogram P opgespannen door de kolommen van A gelijk aan opp P = ad bc. x.6-7[6] 23 ov.2

Parallellepipedums Toepassing (herhaling) w v u finitie Een parallellepipedum is een zesvlak van R 3 begrensd door paarsgewijs evenwijdige parallellogrammen. finitie Stel u, v en w zijn vectoren in R 3. Het parallellepipedum opgespannen door u, v en w is {ru + sv + tw r, s en t }..6-7[6] 24 ov.3 Volume van een parallellepipedum Toepassing (herhaling) Section 2.4, blz. 73-74 Stel A is een 3 3 matrix met kolommen u, v en w. Dan is de inhoud van het parallellepipedum opgespannen door u, v en w gelijk aan (u v) w. Section 2.4, blz. 73-74 Stel A is een 3 3 matrix met kolommen u, v en w. Dan geldt det A = (u v) w = (v w) u = (w u) v. Hoofdstuk 3, stelling 3.26 Stel A is een 3 3 matrix. Dan is de inhoud van het parallellepipedum opgespannen door de kolommen van A gelijk aan det A..6-7[6] 25 ov.4

Parallellogrammen en lineaire transformaties Toepassing y v P(u, v) u u + v F x F y Fv F(u + v) P(Fu, Fv) x Fu Stel F is een lineaire transformatie van R 2 en stel P = P(u, v) is het parallellogram opgespannen door de vectoren u, v R 2. Dan is het beeld van P onder F het parallellogram opgespannen door F(u) en F(v). Gevolg 3.22 Het beeld van het eenheidsvierkant is het parallellogram opgespannen door de kolommen van [F]..6-7[6] 26 ov.5 Parallellogrammen en lineaire transformaties Toepassing Stel F is een lineaire transformatie van R 2 en stel P = P(u, v) is het parallellogram opgespannen door de vectoren u, v R 2. oppervlakte van het beeld van P is gelijk aan det[f] opp P. Bewijs Er geldt: F(P) = P(Fu, Fv), dus opp F(P) = opp P(Fu, Fv) = = ( [ det [F] u = det[f] opp P(u, v) = det[f] opp P. det Fu Fv ]) det[f] v = det u v.6-7[6] 27 v.6

lineaire transformaties Toepassing y F y x x 3.27 Zij F een transformatie van R 2. Stel S is een figuur in R 2 met oppervlakte ongelijk, dan geldt opp(f S) opp S = det[f]..6-7[6] 28 ov.7 Parallellepipedums en lineaire transformaties z v + w y w u + w e 3 P(u, v, w) v u O u + v + w u + v e 2 x O z e Toepassing x finitie Stel u, v en w zijn drie vectoren in R 3. Het parallellepipedum opgespannen door u, v en w is het veelvlak met hoekpunten, u, v en w, v + w, u + w, u + v en u + v + w. Het parallellepipedum opgespannen door u, v en w wordt genoteerd als P(u, v, w)..6-7[6] 29 ov.8

Parallellepipedums en lineaire transformaties Toepassing 3.26 Het volume van van P(u, v, w) is gelijk aan det(a), waarbij A de matrix is met kolommen u, v en w. 3.28 Zij F een transformatie van R 3. Stel S is een figuur in R 3 met volume ongelijk, dan geldt vol(f S) vol S = det[f]..6-7[6] 3 ov.9