background image

Egzamin podstawowy (wersja przykładowa), 2014

Algebra z geometrią analityczną

W rozwiązaniach prosimy formułować lub nazywać wykorzystywane twierdzenia,

stosowane wzory, uzasadniać wyciągane wnioski oraz starannie sporządzać rysunki.

1

2

3

4

5

Σ

A

Zestaw A

Zadanie 1 Wyznacz wszystkie elementy zbioru

3

q

(1 + i)

3

.

Zadanie 2 Rozwiąż układ równań z parametrem rzeczywistym a ∈ R:

2x

+

3y

z

=

1

x

ay

+ 2=

3

−x + 2ay − 34

.

Zadanie 3 Wyznacz odległość punktu P = (123) od płaszczyzny π zadanej w postaci para-
metrycznej:

=

1 + t

y

= 2 − 2t

z

=

s − t

s, t ∈ R

.

Zadanie 4 Dla jakich wymiernych wartości parametru t ∈ wektory u = (t

2

32t

2

1, ti

= (3t, t

2

, t

2

1, −3) są ortogonalne w R

5

?

Zadanie 5 Wyznacz (o ile istnieją) macierze złożeń K◦L oraz L◦K w bazach standardowych,
jeżeli L 
: R

3

7→ R

2

oraz K : R

2

7→ R

4

są przekształceniami linowymi, danymi wzorami:

L(x, y, z) = (x − 2y, x + 3z),

K(u, v) = (v, v, u − 2v, 3u).

Instytut Matematyki i Informatyki PWr

background image

Rozwiązania

Rozwiązanie zadania 1 Wiadomo, że istnieją dokładnie zespolone pierwiastki trzeciego stop-

nia z dowolnej niezerowej liczby zespolonej. Niech

3

q

(1 + i)

3

{w

0

, w

1

, w

2

}. Z definicji pierwiastka

wynika, że jeden z nich – powiedzmy w

0

– jest równy w

0

= 1 + i, gdyż w

3

0

= (1 + i)

3

.

Ponadto wiemy, że w

0

, w

1

i w

2

na płaszczyźnie zespolonej są rozłożone równomiernie na jednym

okręgu o środku w 0. Wynika stąd, że np. w

1

otrzymamy obracając w

0

o kąt

2π

3

, tzn.

w

1

w

0



cos

2π

3

sin

2π

3



= (1 + i)



1

2

i

3

2



3 + 1

2

i

− 1

2

.

Podobnie uzyskujemy w

2

w

2

w

0



cos

4π

3

sin

4π

3



= (1 + i)



1

2

− i

3

2



=

− 1

2

− i

3 + 1

2

.

Odpowiedź:

3

q

(1 + i)

3

{1 + i, −

3+1

2

i

31

2

,

31

2

− i

3+1

2

}.

Rozwiązanie zadania 2 Układ równań jest Cramera wtedy i tylko wtedy gdy

6==







2

3

1

1

−a

2

1

2a

3







= 6a − − 2+ 9 − 8= 3 − 3a ←→ a 6= 1.

Wtedy dla a ∈ \ {1} mamy jedno rozwiązanie układu równań:

=

W

x

W

=







1

3

1

3

−a

2

4

2a

3













2

3

1

1

−a

2

1

2a

3







=

3a − 24 − 6+ 4+ 27 − 4a

− 3a

=

− 3a

− 3a

= 1,

=

W

y

W

=







2

1

1

1

3

2

3













2

3

1

1

−a

2

1

2a

3







=

18 − 2 + 4 − 3 + 3 + 16

− 3a

=

0

− 3a

= 0,

=

W

z

W

=







2

3

1

1

−a

3

1

2a

4













2

3

1

1

−a

2

1

2a

3







=

8a − 9 + 2a − a + 12 − 12a

− 3a

=

− 3a

− 3a

= 1.

Jeśli a = 1, to rozważany układ równań nie jest układem Cramera i mamy


2

3

|

1

1

1

2

|

3

1

2

| −4


w

1

+w

3

w

2

+w

3

←→


1

| −3

0

| −1

1 2 | −4


w

1

+w

3

←→


0

| −7

0

| −1

1 2 | −4


←→

←→


0

| −1

0

| −1

1 2 | −4


←→

 

0

| −1

1 2 | −4

!

(1)·w

2

←→

 

0

1

| −1

2

3

|

4

!

w

2

+2w

1

←→

←→

 

0 1 | −1
1 0

1

|

2

!

←→

(

y

1 + z

=

− z

∧ z ∈ R, z jest parametrem rzeczywistym.

background image

Rozwiązanie zadania 3 Parametryczne równanie płaszczyzny

π :

=

1 + t

y

= 2 − 2t

z

=

t

s, t ∈ R

doprowadzamy do postaci normalnej ax by cz = 0 poprzez rugowanie zmiennych s oraz t.
Wtedy mamy x 
+ 2+ 3z − 5 = 0 oraz punkt P (123) = (x

0

, y

0

, z

0

i możemy zastosować wzór

na odległość punktu od płaszczyzny π:

d(P, π) =

|ax

0

by

0

cz

0

d|

a

2

b

2

c

2

=

|· 1 + 2 · 2 + 3 · − 5|

1

2

+ 2

2

+ 3

2

=

9

14

=

9

14

14.

Rozwiązanie zadania 4 Wektory są ortogonalne wtedy i tylko wtedy, gdy ich iloczyn skalarny
jest równy zero, czyli

(u ⊥ v)

←→



(t

2

32t

2

1, t◦ (3t, t

2

, t

2

1, −3) = 0



←→

(3t

3

+ 3t

2

+ 2t

4

+ 1 − 3= 0).

Zatem wystarczy znaleźć pierwiastki wymierne wielomianu W (t) = 2t

4

− 3t

3

+ 3t

2

− 3+ 1. Szu-

kamy ich pośród liczb postaci p/q, gdzie p ∈ {±1} jest dzielnikiem całkowitym wyrazu wolnego
wielomianu W , a q ∈ {±
1, ±2} jest dzielnikiem współczynnika przy t

4

. Stąd p/q ∈ {±1, ±

1
2

}.

Obliczając

(1) = 0,

(1) = 12,

(

1

2

) = 0,

(

1

2

) =

15

4

,

widzimy, że jedynymi wymiernymi pierwiastkami wielomianu W są liczby i

1
2

.

Rozwiązanie zadania 5 Zacznijmy od wyznaczenia macierzy przekształceń L oraz K. W tym
celu obliczymy ich wartości w elementach baz standardowych:

L(100) = (11),

L(010) = (21),

L(001) = (03),

K(10) = (1013),

K(01) = (11, −20).

Macierz przekształcenia otrzymujemy, zapisując współrzędne uzyskanych wektorów w kolejnych
kolumnach macierzy, czyli

M

L

=

"

2 0
1

1

3

#

,

M

K

=




1

1

0

1

2
3

0




Zauważmy, że mnożenie macierzy M

L

M

K

nie jest wykonalne. Zatem z twierdzenia o postaci ma-

cierzy złożenia przekształceń liniowych wynika, że złożenie L ◦ K jest źle określone, a więc jego
macierz nie istnieje. Z tego samego twierdzenia wynika, że złożenie K ◦ L jest dobrze określone, a
jego macierz obliczamy następująco:

M

K◦L

M

K

M

L

=




1

1

0

1

2
3

0




"

2 0
1

1

3

#

=




1

3

1

1

3

6

6

0