background image

Algebra z geometrią analityczną

zadania z odpowiedziami

Maciej Burnecki

Spis treści

1

Wyrażenia algebraiczne, indukcja matematyczna

2

2

Geometria analityczna w R

2

3

3

Liczby zespolone

4

4

Wielomiany i funkcje wymierne

6

5

Macierze i wyznaczniki

7

6

Układy równań liniowych

10

7

Geometria analityczna w R

3

11

8

Iloczyn skalarny i odległość w R

n

13

9

Przestrzenie i przekształcenia liniowe

13

10 Powtórzenie

15

11 Pierwsze kolokwium

18

Zestaw A

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Zestaw B

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Zestaw C

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Zestaw D

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Zestaw E

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

Zestaw F

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

Zestaw G

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Zestaw H

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

12 Drugie kolokwium

22

Zestaw A

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Zestaw B

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Zestaw C

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

1

background image

Zestaw D

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Zestaw E

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Zestaw F

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Zestaw G

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Zestaw H

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

13 Egzamin

25

Zestaw A

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Zestaw B

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

1

Wyrażenia algebraiczne, indukcja matematycz-
na

1.1. Uprość wyrażenie

(a)

a − b

a

2

− 2ab b

2



a

b

− 1



,

(b)

b − a

a

2

− b

2

b

a

+ 1



,

(c)

a

4

a

3

a

2

b

2

a

3

− b

3

b

2

a

2

− 1



.

1.2. W rozwinięciu dwumianowym wyrażenia (x) wyznacz współczynnik przy

x

m

, jeśli

(a) (x) =



x

5

+

1

x



10

, m = 39,

(b) (x) =



x

4

1

x

2



9

, m = 24.

1.3. Zapisz w prostszej postaci liczbę

(a)

n

X

k=0

n

k



3

k

,

(b)

n

X

k=0

n

k



(2)

k

.

1.4. Za pomocą indukcji matematycznej udowodnij, że dla wszystkich liczb

naturalnych dodatnich n ∈ N

+

:

(a) 1

2

+ 2

2

+ 3

2

. . . n

2

=

n(+ 1)(2+ 1)

6

,

(b) 4

n−1

­ n

2

,

(c) liczba 7

n

− 4

n

jest podzielna przez 3.

2

background image

Odpowiedzi, wskazówki

1.1.

(a)

1
b

,

(b) 

1
a

,

(c) −a − b.

1.2.

(a) a

2

=

10

2

 = 45,

(b) a

2

=

9
2

 = 36.

1.3.

(a) 4

n

,

(b) (1)

n

.

1.4. Najpierw przez podstawienie sprawdź, że teza zachodzi dla = 1; praw-

dziwe zatem jest twierdzenie T

1

. Następnie z prawdziwości twierdzeń

T

1

, T

2

, . . . , T

n

(może wystarczyć użycie tylko T

n

) wywnioskuj prawdziwość

twierdzenia T

n+1

, gdzie n ∈ N

+

.

2

Geometria analityczna w R

2

2.1. Wyznacz w mierze łukowej kąt pomiędzy wektorami uv, jeśli

(a) =



1,

3



=



1,

3



,

(b) =



31



=



1,

3



,

(c) =



2,

2



=



1, −

3



,

(d) =



2, −

2



=



3, −1



.

Wskazówka: dla dwóch ostatnich przykładów wyniki można otrzymać jako
sumy lub różnice odpowiednich kątów.

2.2. Wyznacz kąt przy wierzchołku w trójkącie o wierzchołkach = (11), B =

(

32 +

3), C = (1 +

32).

2.3. Oblicz długość wysokości opuszczonej z wierzchołka w trójkącie o wierz-

chołkach = (35), B = (06) oraz = (22).

2.4. Wyznacz punkt przecięcia oraz kąt, pod jakim przecinają się proste, okre-

ślone przez układy równań



= 2

t,

5 + t

oraz



s,

s,

gdzie t, s ∈ R.

2.5. Wyznacz równanie okręgu przechodzącego przez punkty (46)(55) i (2, −2).

2.6. Nazwij i opisz równaniem zbiór tych punktów z płaszczyzny, których odle-

głość od punktu = (12) jest dwa razy większa od odległości od punktu
= (45).

3

background image

2.7. Wyznacz równanie takiego okręgu o środku w punkcie S, którego jedną

ze stycznych jest prosta przechodząca przez punkty A, B, jeśli

(a) = (1, −3), A = (12), B = (24),

(b) = (2, −1), A = (12), B = (41).

2.8. Napisz równania tych stycznych do okręgu o równaniu x

2

+2x+y

2

3 = 0,

które przecinają się z prostą

x − y + 1 = 0 pod kątem

π

3

.

Odpowiedzi, wskazówki

2.1.

(a)

π

3

,

(b)

π

6

,

(c)

11
12

π,

(d)

7

12

π.

2.2.

π

2

.

2.3.

10.

2.4. Proste przecinają się pod kątem

π

6

w punkcie (

3, −4).

2.5. (x − 1)

2

+ (y − 2)

2

= 25.

2.6. okrąg (zwany okręgiem Apoloniusza), o równaniu (x − 5)

2

+ (y − 6)

2

= 8.

2.7.

(a) (x − 1)

2

+ (+ 3)

2

=

19

2

13

,

(b) (+ 2)

2

+ (+ 1)

2

=

12

2

10

.

2.8. 2, y = 2, y 

+

3 +

14, y 

+

14.

3

Liczby zespolone

3.1. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną

(a) =

1 + i

− i

,

(b) =

2 + 3i

4 + 5i

.

3.2. Opisz oraz zaznacz na płaszczyźnie zbiór liczb zespolonych spełniają-

cych warunek

(a) Re(2iz + 4) ­ 0,

(b) Im(z − i) = Im((2 − i)i),

(c) Re z

2

 = [Im(iz)]

2

− 4,

4

background image

(d) |iz + 2|iz − 2i|,

(e) | − 2z| |4z − 4|.

3.3. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną

(a) =

(1 +

3i)

20

(1 − i)

40

,

(b) =

(1 + i)

40

(

− i)

20

,

(c) =

(

− i)

24

(1 

3i)

14

(1 − i)

20

.

3.4. Opisz oraz zaznacz na płaszczyźnie zbiór liczb zespolonych spełniają-

cych warunek

(a) 0 ¬ arg(1 + iz¬ π/2,

(b) Im z

4

0.

3.5. Zapisz w postaci algebraicznej wszystkie pierwiastki trzeciego stopnia z

liczby

(a) 1,

(b) i,

(c) 2 + 2i,

(d) = 1 + i.

3.6. W zbiorze liczb zespolonych rozwiąż równanie

(a) z

2

− 2+ 4 = 0,

(b) z

4

= (1 + 2z)

4

.

3.7. Wyznacz pole figury {z ∈ C : Im z

3

­ ∧ −¬ Im(z0}.

Odpowiedzi, wskazówki

3.1.

(a) =

1
5

+

3
5

i,

(b) =

23
41

+

2

41

i.

3.2.

(a) półpłaszczyzna y ­ −2,

(b) prosta =

1
3

x −

2
3

,

(c) proste = 2, y 2,

(d) prosta x,

(e) okrąg o środku w punkcie

4
3

0

 i promieniu

2
3

.

3.3.

(a) 

1
2

+

3

2

i,

5

background image

(b) 

1
2

3

2

i,

(c)

1
2

3

2

i.

3.4.

(a) Zbiór składa się z liczb zespolonych z, określonych przez warunki

Re(z­ ∧ Im(z¬ ∧ z 6(przesunięta o wektor (01) czwarta
ćwiartka układu współrzędnych, z brzegiem i bez punktu (01)),

(b) arg(z

π

4

,

π

2

3π

4

, π

5π

4

,

3π

2

7π

4

2π

co na płaszczyźnie

przedstawia sumę wnętrz czterech kątów.

3.5.

(a) w

0

=

1

2

+

3

2

, w

1

1, w

2

=

1

2

3

2

,

(b) w

0

=

3

2

+

1

2

i, w

1

3

2

+

1

2

i, w

2

−i,

(c) w

0

= 1 + i, w

1

1

2

3

2

+

 

1

2

+

3

2

!

i, w

2

1

2

+

3

2

+

 

1

2

3

2

!

i,

(d) w

0

=

1 +

3

2

3

2

+

− 1

2

3

2

i, w

1

=

1

3

2

+

1

3

2

i, w

2

=

3

2

3

2

1 +

3

2

3

2

i.

Wskazówka: cos

π

12

 =

q

1+cos

(

2·

π

12

)

2

=

2+

3

2

=

1+

3

2

2

sin

π

12

 =

31

2

2

.

3.6.

(a) z ∈

1 +

i, 

i

,

(b) z ∈

1,

2
5

1
5

i,

1
3

,

2
5

+

1
5

i

 .

3.7.

3

3

.

4

Wielomiany i funkcje wymierne

4.1. Wyznacz iloraz i resztę z dzielenia wielomianu (x) przez Q(x), jeśli

(a) (x) = x

5

− x

4

+ 3x

3

+ 7, Q(x) = x

3

+ 1,

(b) (x) = x

4

+ 2x

3

x

2

+ 1, Q(x) = x

2

+ 3.

4.2. Rozłóż na nierozkładalne czynniki rzeczywiste wielomian

(x) = x

4

x

3

− 3x

2

− 4x − 4.

4.3. Nie wykonując dzielenia, wyznacz resztę z dzielenia wielomianu

(x) = x

4

x

3

x

2

+ 1 przez x

2

− 1.

4.4. Rozłóż na czynniki liniowe wielomian zespolony (z) = z

3

− 2z

2

+ 4z − 8.

4.5. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną wła-

ściwą

6

background image

(a) (x) =

x

2

+ 3

x

3

+ 2x

2

+ 5+ 4

,

(b) (x) =

−x + 2

x

3

+ 3x

2

+ 4+ 4

,

(c) (x) =

2x

3

+ 4x

2

+ 5+ 5

x

4

+ 3x

3

+ 3x

2

+ 3+ 2

.

4.6. Rozłóż na sumę wielomianu i rzeczywistych ułamków prostych funkcję

wymierną (x) =

x

4

− 5x

3

+ 5x

2

− 19x − 1

x

3

− 5x

2

+ 4x − 20

.

Odpowiedzi, wskazówki

4.1.

(a) I(x) = x

2

− x + 2, R(x) = 5,

(b) I(x) = x

2

x − 3, R(x) = + 10.

4.2. (x) = (+ 2)(x − 2) x

2

+ 1

.

4.3. R(x) = 2+ 3.

4.4. (z) = (z − 2)(+ 2i)(z − 2i).

4.5.

(a) (x) =

1

x

2

+x+4

+

1

x+1

,

(b) (x) =

−x

x

2

+x+2

+

1

x+2

,

(c) (x) =

1

x+1

+

1

x+2

+

1

x

2

+1

.

4.6. (x) = +

1

x−5

+

1

x

2

+4

.

5

Macierze i wyznaczniki

5.1. Wyznacz macierz wymiaru 3 × 3, której wyrazy określone są za pomocą

wzoru a

ij

i − 2j.

5.2. Podaj przykład dwóch macierzy wymiaru 2 × 2 dowodzący, że mnożenie

macierzy nie jest przemienne.

5.3. Rozwiąż równanie macierzowe

0

0

1

1

0

0

0

1

0

·

1

1

0

1

1

0

+ 2 · A

T

=

1

2

3

3

2

1

.

5.4. Wyznacz iloczyn =

x

y

1

·

a

h

g

h

b

f

g

f

c

·

x
y

1

a następnie

z jego pomocą, w notacji macierzowej zapisz równanie okręgu x

2

y

2

+

4+ 6y − 12 = 0. Zaznacz ten okrąg na płaszczyżnie.

5.5. Rozłóż na iloczyn cykli rozłącznych, a następnie transpozycji permutację

7

background image

(a) σ =



1

2

3

4

5

6

2

4

6

1

5

3



,

(b) σ =



1

2

3

4

5

6

7

7

5

4

1

2

6

3



.

Określ parzystość i znak permutacji σ. W rozkładach zastosuj zapis cy-
kliczny.

5.6. Za pomocą permutacyjnej definicji wyznacznika wyprowadź wzory na wy-

znaczniki macierzy stopnia 2 i 3 (wzór Sarrusa).

5.7. Dwoma sposobami, za pomocą rozwinięcia Laplace’a oraz przez sprowa-

dzenie do wyznacznika macierzy trójkątnej, a dodatkowo w podpunkcie
(a) ze wzoru, w podpunkcie (b) ze wzoru Sarrusa, oblicz wyznacznik

(a)




1

2

3

5




,

(b)






1

1

1

1

2

2

1

2

4






,

(c)








1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

2

1

1

1

1

2








.

5.8. Dla jakich wartości parametru a ∈ R macierz

(a) =



a

a

2

a



,

(b) =

a

1

1

1

1

a

1

a

1

,

(c) =



a

1

1

1

1

a

1

1

1

1

1

a

1

1

a

1



jest nieosobliwa?

5.9. Dwoma sposobami, za pomocą dopełnień algebraicznych oraz przez prze-

kształcanie razem z macierzą jednostkową, wyznacz macierz odwrotną do
macierzy

(a) =



1

1

1

4



,

(b) =

1

1

1

1

1

1

1

1

1

,

8

background image

(c) =

1

1

1

1

2

1

1

1

2

.

Odpowiedzi, wskazówki

5.1. =

1

3

5

0

2

4

1

1

3

.

5.2. np.



1

1

0

1



·



1

1

0

0



=



1

1

0

0



6=



1

2

0

0



=



1

1

0

0



·



1

1

0

1



.

5.3. =



0

1

1

1

1

1



.

5.4. =

ax

2

+ 2hxy by

2

+ 2gx + 2f y c

,

x

y

1

·

1

0

2

0

1

3

2

3

12

·

x
y

1

=

0

; równanie przedstawia okrąg o środku w punkcie (2, −3)

i promieniu 5.

5.5.

(a) Przykładowy zapis: σ = (1 2 4) (3 6) = (1 4) (1 2) (3 6), permutacja

nieparzysta, znak sgn(σ) = 1,

(b) przykładowy zapis: σ = (1 7 3 4) (2 5) = (1 4) (1 3) (1 7) (2 5),

permutacja parzysta, znak sgn(σ) = 1.

5.6. Dla = 2 są dwie permutacje, zatem dwa składniki w sumie. Permutacji

zbioru trzyelementowego jest 6.

5.7.

(a) 1,

(b) 2,

(c) 1.

5.8.

(a) a ∈ \ {02},

(b) a ∈ \ {−21},

(c) a ∈ \ {−31}.

5.9.

(a) A

1

=



4
5

1
5

1
5

1
5



,

(b) B

1

=

1
2

1
2

0

1
2

0

1
2

0

1
2

1
2

,

9

background image

(c) C

1

=

3

1

1

1

1

0

1

0

1

.

6

Układy równań liniowych

6.1. Metodą eliminacji Gaussa rozwiąż układ równań

(a)



x

+

y

=

3

x

3y

=

5,

(b)

x

+

y

+

z

=

0

x

y

+

z

=

0

x

+

y

z

=

2,

(c)

x

+

y

+

z

t

=

4

x

+

y

z

+

t

=

4

x

y

+

z

+

t

=

2

−x

+

y

+

z

+

t

=

2.

Dodatkowo, układ (a) rozwiąż za pomocą wzorów Cramera oraz me-
todą macierzy odwrotnej.

6.2. Rozwiąż układ równań

(a)

−x

y

+

z

+

t

=

4

x

y

z

+

t

=

0

x

y

z

t

=

8,

(b)

x

+

y

+

z

=

1

2x

+

y

+

2z

=

1

3x

+

2y

+

3z

=

3.

6.3. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

x

+

y

+

az

=

1

x

+

ay

+

z

=

a

ax

+

y

+

z

=

−a − 1

ma nieskończenie wiele rozwiązań?

6.4. Niech sgn(a) =

1

dla x ∈ (−∞, 0)

0

dla = 0

1

dla x ∈ (0, ∞)

oznacza znak liczby a ∈ R.

Wyznacz te wartości a, dla których układ równań

x

+

2y

+

z

=

2

x

+

y

+

2z

=

sgn(a− 1

2x

+

y

+

z

=

2

2y

+

2z

=

0

nie ma rozwiązań.

10

background image

Odpowiedzi, wskazówki

6.1.

(a) = 1, y = 2,

(b) = 1, y = 0, z 1,

(c) = 1, y 1, z = 2, t 2.

6.2.

(a) = 2, t = 4, z + 2, z – dowolne,

(b) układ sprzeczny (brak rozwiązań).

6.3. 2.

6.4. a ∈ (−∞, 0].

7

Geometria analityczna w R

3

7.1. Dla jakich wartości parametru a ∈ R równoległościan o trzech kolejnych

wierzchołkach podstawy = (521), B = (212), C = (3, a

2

3) i wierz-

chołku = (−a − 54, −18) nad A, jest prostopadłościanem?

7.2. Dla jakich wartości parametru a ∈ R kąt pomiędzy wektorami

= (a, −164) oraz = (2a, 1, −4) jest prosty?

7.3. Za pomocą iloczynu wektorowego wyznacz te wartości parametru a ∈ R,

dla których wektory = (1, a

2

1)= (3123) są równoległe.

7.4. Podaj przykład równania ogólnego płaszczyzny

(a) przechodzącej przez punkty = (111), B = (012), C = (305),

(b) o równaniu parametrycznym

= 1 + s
= 2 + t − s
= 1 + s,

gdzie t, s ∈ R.

7.5. Podaj przykład równania parametrycznego płaszczyzny o równaniu ogól-

nym + 2+ 1 = 0.

7.6. Podaj przykład równania parametrycznego prostej o równaniu krawędzio-

wym



z − 1 = 0
+ 2+ 3z − 2 = 0.

7.7. Podaj przykład równania krawędziowego prostej o równaniu parametrycz-

nym

= 1 + t
= 2 − t
= 4 + t,

gdzie t ∈ R.

7.8. Podaj przykład równania parametrycznego prostej prostopadłej do pro-

stych o równaniach

t
= 1
= 1 + t,

−s
= 2 + s
= 1 − s,

gdzie t, s ∈ R. w punkcie

ich przecięcia.

11

background image

7.9. Wyznacz kąt pomiędzy płaszczyznami π

1

, π

2

, jeśli π

1

jest określona rów-

naniem parametrycznym

= 1 + s
t − s
s,

gdzie t, s ∈ R, a π

2

równaniem

ogólnym y − z − 1 = 0.

7.10. Wyznacz kąt pomiędzy prostą :



+ 2 = 0
x − y + 3 = 0

i płaszczyzną π :

+ 5 = 0.

7.11. Wyznacz pole

(a) równoległoboku o kolejnych wierzchołkach

= (224), B = (0, −2, −2), C = (212),

(b) równoległoboku o środku w punkcie = (212) i końcach jednego

z boków = (224), B = (0, −2, −2),

(c) trójkąta o wierzchołkach = (2, −2, −4), B = (022), C = (2, −1, −2).

7.12. Wyznacz objętość

(a) czworościanu o wierzchołkach = (111), B = (222), C = (1, −2, −2)

= (11, −1),

(b) równoległościanu rozpietego na wektorach = (111)= (112)

oraz = (1, −13) × (123).

Odpowiedzi, wskazówki

7.1. 3.

7.2. = 4 lub 4.

7.3. = 2 lub 2.

7.4.

(a) x − z + 2 = 0,

(b) x − z = 0.

7.5.

1 + + 2s
−t
−s.

7.6.

= 1 + t
− 2t
= 1 + t.

7.7.



y − 4 = 0
z − 6 = 0.

7.8.

= 1 + t
= 1
= 2 − t.

12

background image

7.9.

π

3

.

7.10.

π

6

.

7.11.

(a) 2

6,

(b) 4

5,

(c)

6.

7.12.

(a) 1,

(b) 15.

8

Iloczyn skalarny i odległość w R

n

8.1. Wyznacz odległość pomiędzy punktami P, Q ∈ R

n

, jeśli

(a) = 4, P = (123, −2), Q = (214, −3),

(b) = 8, P = (53, −2791112), Q = (34, −359921).

8.2. Wyznacz kosinus kąta pomiędzy wektorami u∈ R

n

, jeśli

(a) = 5= (10, −220)= (11110),

(b) = 7= (1, −20310, −1),

= 2 · (11, −1112

3, −5) − (110003

3, −10).

Odpowiedzi, wskazówki

8.1.

(a) 2,

(b) 4.

8.2.

(a) 

1
6

,

(b)

9

20

.

9

Przestrzenie i przekształcenia liniowe

9.1. Zbadaj liniową niezależność układu złożonego z wektorów

(a) (12)(34) ∈ R

2

,

(b) (123)(345) ∈ R

3

,

(c) (123)(345)(468) ∈ R

3

,

(d) (10, −220)(11110)(12057) ∈ R

5

,

(e) (1, −20310, −1)(31, −222,

30)(11, −1112

3, −5),

(110003

3, −10) ∈ R

7

.

13

background image

9.2. Zbadaj, czy układy niezależne w poprzednim zadaniu tworzą bazy danej

przestrzeni, a jeśli nie, to uzupełnij do bazy.

9.3. Załóżmy, że przekształcenie liniowe : R

n

→ R

m

jest określone wzorem

(a) (x, y, z, t) = (x − y, x + 2t),

(b) (x, y, z) = (x − y, x z, x y, x − z),

gdzie x, y, z, t ∈ R.

Wyznacz n, m ∈ N

+

, a następnie zapisz w standardowych bazach macierz

A

f

przekształcenia .

9.4. Wyznacz jądro, obraz i rząd przekształceń z poprzedniego zadania.

9.5. Załóżmy, że macierz A

f

przekształcenia liniowego : R

n

→ R

m

ma postać

(a) A

f

=



5

1

1

0

0

8

4

1

1

2



,

(b) A

f

=



1

1

0

1

3

2

1

4

6

1

5

7



.

Wyznacz n, m ∈ N

+

, a następnie zapisz przekształcenie za pomocą

wzoru.

9.6. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦g oraz f ◦g w bazach standardo-

wych, jeżeli R

3

→ R

5

oraz R

4

→ R

3

są przekształceniami linowymi,

danymi wzorami: (x, y, z) = (x, x y, x z, x z, y z), g(s, t, u, v) =
(v, t v, s v).

9.7. Wyznacz wartości własne i odpowiadające im wektory własne przekształ-

cenia liniowego : R

2

→ R

2

, jeśli

(a) (x, y) = (−y, 6x − 5y),

(b) (x, y) = (−x y, 2x).

Odpowiedzi, wskazówki

9.1.

(a) liniowo niezależny,

(b) liniowo niezależny,

(c) liniowo zależny,

(d) liniowo niezależny,

(e) liniowo zależny.

9.2. Bazą jest tylko układ z pierwszego podpunktu.

14

background image

9.3.

(a) = 4, m = 2, A

f

=



1

1

0

0

1

1

1

2



,

(b) = 3, m = 4, A

f

=



1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1



.

9.4.

(a) Ker() = {(x, x, 2t − 2x, t) : x, t ∈ R=

{x(11, −20) + t(0021) : x, t ∈ R}(jedna z możliwości zapisu),
Im() = R

2

Rz() = 2,

(b) Ker() = {(000)},

Im() = {x(1111) + y(1110) + z(010, −1) : x, y, z ∈ R},
Rz() = 3.

9.5.

(a) = 5, m = 2, f (x, y, z, t, u) = (5x − y − z, 8x − 4u),

(b) = 3, m = 4, f (x, y, z) = (x − y, x + 3+ 2z, x + 4+ 6z, x + 5+ 7z).

9.6. Złożenie g ◦ f nie istnieje.

Macierz złożenia f ◦ g ma postać

M

f ◦g

M

f

·M

g

=





1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1





·

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

=





0

0

1

1

0

1

2

2

1

2

3

3

1

1

2

2

1

2

2

2





.

9.7.

(a) Wartości własnej a

1

2 odpowiadają wektory własne postaci v

1

=

α(12), wartości własnej a

2

3 odpowiadają wektory własne po-

staci v

2

α(13), gdzie α ∈ \ {0},

(b) wartości własnej a

1

= 1 odpowiadają wektory własne postaci v

1

=

α(12), wartości własnej a

2

2 odpowiadają wektory własne po-

staci v

2

α(1, −1) dla α ∈ \ {0}.

10

Powtórzenie

10.1. Oblicz długość wysokości opuszczonej z wierzchołka w trójkącie o wierz-

chołkach = (15), B = (24) oraz = (11).

10.2. Wyznacz w mierze łukowej kąt przy wierzchołku w trójkącie o wierz-

chołkach = (21), B = (32) oraz =



31 +

3



.

10.3. Wyznacz punkt przecięcia oraz kąt, pod jakim przecinają się proste na

płaszczyźnie, określone równaniami parametrycznymi



=

t,

−t

oraz



=

3,

1 + s,

gdzie t, s ∈ R

15

background image

10.4. Wyznacz macierz odwrotną do macierzy =

1

2

1

1

3

1

1

2

2

.

10.5. Zbadaj, dla jakich rzeczywistych parametrów a ∈ R istnieje macierz od-

wrotna A

1

do macierzy =

1

1

1

1

2

1

1

1

a

,

a następnie wyznacz ogólny wzór na A

1

.

10.6. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

2+ (1 + a)+ (1 + a)= 1 + a
ay a
ax 
−a − 1

ma nieskończenie wiele rozwiązań?

10.7. W zależności od rzeczywistego parametru a ∈ R, rozwiąż układ równań

2+ 3y − z = 1
x − ay + 2= 3
2x − ay + 3= 5.

10.8. Wyznacz równanie ogólne płaszczyzny o równaniu parametrycznym

= 1 + s
−t s
= 1 − t + 2s,

gdzie t, s ∈ R.

10.9. Wyznacz punkt przecięcia prostych

1 + t
= 1
= 1 + t

oraz

= 3 − s
s
= 5 − s,

a następnie napisz równanie ogólne płaszczyzny zawierającej te proste.

10.10. Wyznacz odległość punktu P = (1, 2, 1) od płaszczyzny π, zadanej w

postaci parametrycznej

= 1 + t
= 2 + s
1 + s − t.

10.11. Opisz oraz zaznacz na płaszczyżnie zbiór liczb zespolonych spełniających

warunek

(a) 0 ¬ arg(2 − iz¬

π

2

,

(b) Im z

4

0.

10.12. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną

(a) =

(

3 + i)

12

(1 − i)

24

,

(b) =

(1 − i

3)

700

(1 + i)

1400

.

16

background image

10.13. Zapisz w postaci algebraicznej wszystkie pierwiastki trzeciego stopnia z

liczby 2

2.

10.14. Rozłóż na nierozkładalne czynniki rzeczywiste wielomian

(x) = x

4

+ 2x

3

− x − 2.

10.15. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

3x

2

+ 5+ 1

x

3

+ 3x

2

+ 3+ 2

.

10.16. Wyznacz jądro, obraz i rząd przekształcenia : R

4

→ R

2

, określonego

wzorem (x, y, z, t) = (z − y, x + 2t), gdzie x, y, z, t ∈ R.

10.17. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦ g oraz g ◦ f w bazach stan-

dardowych, jeżeli R

3

→ R

2

oraz R

2

→ R

5

są przekształceniami

linowymi, danymi wzorami: (x, y, z) = (x − 2y, x + 3z), g(u, v) =
(v, v, u − 2v, 3u, u).

Odpowiedzi, wskazówki

10.1.

10.

10.2.

π

6

.

10.3. P

0

=



3, −1



, ϕ =

2

3

π.

10.4. A

1

=

4

2

1

1

1

0

1

0

1

.

10.5. Macierz odwrotna istnieje dla a ∈ \ {1},

wtedy A

1

=

2a−1

a−1

1

1

a−1

1

1

0

1

a−1

0

1

a−1

.

10.6. 2.

10.7. Dla a ∈ \ {1układ ma dokładnie jedno rozwiązanie = 1, y = 0, z = 1,

a dla = 1 nieskończenie wiele rozwiązań postaci

= 2 − z,
1 + z,
z ∈ 
R.

10.8. + 3y − 2+ 1 = 0.

10.9. Punktem wspólnym prostych jest = (214) (dla = 3 i = 1), a

płaszczyzna ma równanie −x z − 2 = 0.

10.10. Równaniem ogólnym płaszczyzny jest −x + 2y − z − 4 = 0, a odległość

d(P, π) =

r

2

3

.

17

background image

10.11.

(a) Jest to zbiór {z ∈ C : Rez ¬ ∧ Imz ­ −∧ z 62i},

(b) arg(z



0,

π

4



π

2

,

3π

4





π,

5π

4



 3π

4

,

7π

4



co na płasz-

czyźnie jest sumą wnętrz czterech kątów.

10.12.

(a) = 1,

(b) 

1

2

+

3

2

i.

10.13.

2

2

i

6

2

, −

2,

2

2

− i

6

2

.

10.14. (x) = (x − 1)(+ 2)(x

2

+ 1).

10.15. (x) =

2x

x

2

+ 1

+

1

+ 2

.

10.16. Ker() = {(z, z, 2t − 2z, t) : z, t ∈ R=

{z(11, −20) + t(0021) : z, t ∈ R}(jedna z możliwości zapisu),
Im() = R

2

Rz() = 2.

10.17. Złożenie f ◦ g nie istnieje. Macierz złożenia g ◦ f ma postać

M

g◦f

M

g

· M

f

=



1

1

1

2

3

0

1

0



·



1

2

0

1

1

3



=





2

1

3

1

1

3

1

4

6

3

6

0

1

2

0





.

11

Pierwsze kolokwium

Zestaw A

1. Oblicz długość wysokości opuszczonej z wierzchołka w trójkącie o wierz-

chołkach = (22), B = (24) oraz = (71).

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(

3 + i)

25

(1 − i)

50

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

2x

2

+ 5

x

3

+ 4x − 5

.

Odpowiedzi, wskazówki

1. =

22

34

.

2. 

1
2

+

3

2

i.

3. (x) =

1

x−1

+

x

x

2

+x+5

.

18

background image

Zestaw B

1. Wyznacz w mierze łukowej kąt przy wierzchołku w trójkącie o wierz-

chołkach = (26), B = (37) oraz =



36 +

3



.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(1 − i

3)

50

(1 + i)

100

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

3x

2

+ 6+ 3

x

3

+ 3x

2

+ 3+ 2

.

Odpowiedzi, wskazówki

1.

π

6

.

2. =

1
2

+

3

2

i.

3. (x) =

1

x+2

+

2x+1

x

2

+x+1

.

Zestaw C

1. Wyznacz kąt pomiędzy prostymi na płaszczyźnie, o równaniach



t,

+ 2

oraz



−s,

s − 7,

gdzie t, s ∈ R.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(

− i)

25

(1 + i)

50

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

2x

2

− 2+ 2

x

3

− 2x

2

+ 3x − 2

.

Odpowiedzi, wskazówki

1.

π

3

.

2. =

1
2

+

3

2

i.

3. (x) =

1

x−1

+

x

x

2

−x+2

.

Zestaw D

1. Wyznacz kąt pomiędzy prostą 

1

3

x − 5, a prostą o równaniu



t,

+ 11,

gdzie t ∈ R.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(1 + i

3)

50

(1 − i)

100

.

19

background image

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

2x

2

+ 1

x

3

x

2

− x + 2

.

Odpowiedzi, wskazówki

1.

π

6

.

2. =

1
2

+

3

2

i.

3. (x) =

1

x+2

+

x

x

2

−x+1

.

Zestaw E

1. W rozwinięciu dwumianowym funkcji (x) =



x

2

+

1

x



20

wyznacz współczynnik przy

1

x

5

.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(

3 + i)

21

(1 − i)

42

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

x

2

+ 10

x

3

+ 2x

2

+ 6+ 5

.

Odpowiedzi, wskazówki

1. 190.

2. 1.

3. (x) =

2

x+1

+

−x

x

2

+x+5

.

Zestaw F

1. W rozwinięciu dwumianowym funkcji (x) =



x

5

1

x



30

wyznacz współczynnik przy

1

x

18

.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(1 − i

3)

15

(1 + i)

30

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

x

2

− x − 4

x

3

− 2x

2

+ 5x − 4

.

20

background image

Odpowiedzi, wskazówki

1. 435.

2. i.

3. (x) =

1

x−1

+

2x

x

2

−x+4

.

Zestaw G

1. W rozwinięciu dwumianowym funkcji (x) =



+

1

x



30

wyznacz współczynnik przy x

27

.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(1 

i)

21

(1 + i)

42

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

2x

2

+ 7

x

3

+ 6+ 7

.

Odpowiedzi, wskazówki

1. 435.

2. i.

3. (x) =

1

x+1

+

x

x

2

−x+7

.

Zestaw H

1. W rozwinięciu dwumianowym funkcji (x) =



+

1

x



40

wyznacz współczynnik przy x

17

.

2. Zapisz w postaci algebraicznej liczbę zespoloną =

(1 +

i)

15

(1 − i)

30

.

3. Rozłóż na sumę rzeczywistych ułamków prostych funkcję wymierną

(x) =

2x

2

+ 5

x

3

+ 4x − 5

.

Odpowiedzi, wskazówki

1. 780.

2. i.

3. (x) =

1

x−1

+

x

x

2

+x+5

.

21

background image

12

Drugie kolokwium

Zestaw A

1. Wyznacz macierz odwrotną do macierzy =

2

5

2

1

3

1

1

2

2

.

2. Wyznacz równanie ogólne płaszczyzny o równaniu parametrycznym

= 5 + + 2s
= 2 + t
−t s,

gdzie t, s ∈ R.

3. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

3+ (1 + 2a)+ (2 + a)= 1 + 2a
ay a
ax 
−a − 1

nie ma rozwiązań?

Odpowiedzi, wskazówki

1. A

1

=

4

6

1

1

2

0

1

1

1

.

2. + 3y − 2z − 11 = 0.

3. = 1.

Zestaw B

1. Wyznacz macierz odwrotną do macierzy =

2

5

2

1

3

1

1

2

2

.

2. Wyznacz równanie ogólne płaszczyzny o równaniu parametrycznym

= 5 + + 2s
= 2
−t s,

gdzie t, s ∈ R.

3. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

3+ (1 + 2a)+ (2 + a)= 1 + 2a
ay a
ax 
−a − 1

ma nieskończenie wiele rozwiązań?

Odpowiedzi, wskazówki

1. B

1

=

8

2

1

3

1

0

1

0

1

.

22

background image

2. = 2.

3. 2.

Zestaw C

1. Wyznacz równanie ogólne płaszczyzny o równaniu parametrycznym

= 1 − t + 2s
= 2 − t
s,

gdzie t, s ∈ R.

2. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

3+ (1 + 2a)+ (2 + a)= 1 + 2a
ay a
(1 + a)+ (1 + a)+ 21

nie ma rozwiązań?

3. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦ g oraz g ◦ f w bazach stan-

dardowych, jeżeli R

3

→ R

2

oraz R

2

→ R

5

są przekształceniami

linowymi, danymi wzorami: (x, y, z) = (x − 2y, x − y − 3z), g(u, v) =
(u − v, v, u − 2v, 3u, u).

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

Zestaw D

1. Wyznacz równanie ogólne płaszczyzny o równaniu parametrycznym

= 1 + + 2s
= 2 + s
−t s,

gdzie t, s ∈ R.

2. Dla jakich wartości parametru a ∈ R układ równań

4+ (1 + 3a)+ (3 + a)= 1 + 3a
ay a
ax 
−a − 1

ma nieskończenie wiele rozwiązań?

3. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦g oraz g◦f w bazach standardo-

wych, jeżeli R

3

→ R

4

oraz R

2

→ R

3

są przekształceniami linowymi,

danymi wzorami: (x, y, z) = (x−2y, x+y+3z, x, y), g(u, v) = (u+v, v, u).

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

23

background image

Zestaw E

1. Oblicz wysokość w czworościanie o wierzchołkach = (111), B = (122),

= (123), D = (222), opuszczoną z wierzchołka D.

2. Rozwiąż układ równań

−x

y

+

z

+

t

=

4

2x

2y

2z

=

8

x

y

z

t

=

8.

3. Zbadaj liniową niezależność układu wektorów = (1111)= (2111),

= (1211)= (1121) ∈ R

4

.

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

Zestaw F

1. Wyznacz odległość punktu = (11, −1) od płaszczyzny

= 1 + + 2s
= 1 + s
−t s,

gdzie t, s ∈ R.

2. Rozwiąż układ równań

x

3y

z

+

3t

=

4

x

y

z

+

t

=

0

x

y

z

t

=

8.

3. Wyznacz rząd macierzy =

1

1

1

1

2

2

3

4

4

.

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

Zestaw G

1. Oblicz wysokość (tzn. długość odcinka) w ostrosłupie o trzech wierzchoł-

kach podstawy = (111), B = (122), C = (221), opuszczoną z
wierzchołka = (222).

2. Rozwiąż układ równań

x

3y

z

+

t

=

4

2x

2y

2z

=

8

x

y

z

t

=

8.

3. Zbadaj liniową niezależność układu wektorów = (1111)= (5111),

= (1211)= (1121) ∈ R

4

.

24

background image

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

Zestaw H

1. Wyznacz odległość punktu = (31, −1) od płaszczyzny

= 1 + + 2s
= 1 + 5s
−t s,

gdzie t, s ∈ R.

2. Rozwiąż układ równań

2x

4y

2z

+

4t

=

4

x

y

z

+

t

=

0

x

y

z

t

=

8.

3. Wyznacz rząd macierzy =

2

3

3

1

2

2

3

4

4

.

Odpowiedzi, wskazówki

mają być uzupełnione

13

Egzamin

Zestaw A

1. Opisz oraz zaznacz na płaszczyźnie zbiór liczb zespolonych z, spełnia-

jących warunek Im z

3

<

3

2

|z|

3

.

2. Wyznacz macierz odwrotną do macierzy =

4

11

4

3

7

5

1

2

2

.

Sprawdź otrzymany wynik, wykonując mnożenie macierzy.

3. Oblicz wysokość (tzn. długość odcinka) w czworościanie o wierzchołkach

= (111), B = (234), C = (258), D = (11, −1), opuszczoną z
wierzchołka D.

4. Rozwiąż układ równań

5x

7y

5z

+

t

=

20

2x

2y

2z

=

8

x

y

z

t

=

8.

5. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦ g oraz g ◦ f w bazach standar-

dowych, jeżeli R

4

→ R

3

oraz R

3

→ R

6

są przekształceniami linowy-

mi, danymi wzorami: (x, y, z, t) = (x − 2y, x − y − 3z, x t), g(u, v, w) =
(u − v, v, u − 2v, 3u, u, u w).

25

background image

Odpowiedzi, wskazówki

1. Otrzymujemy Im z

3

 = |z|

3

sin(3ϕ<

3

2

|z|

3

, stąd |z| 6= 0 oraz sin(3ϕ<

3

2

. Otrzymujemy 3ϕ ∈

4
3

π,

1
3

π

2
3

π,

7
3

π

8
3

π,

13

3

π

, zatem ϕ ∈

4
9

π,

1
9

π

2
9

π,

7
9

π

8
9

π,

13

9

π

, co przedstawia sumę wnętrz trzech

kątów.

2. A

1

=

4

14

27

1

4

8

1

3

5

.

3. Równanie x − 2= 0 opisuje płaszczyznę podstawy, wysokość to

odległość wierzchołka od tej płaszczyzny i wynosi =

2

2

3

.

4. z − 2, y = 2, z ∈ R, t = 4 – nieskończenie wiele rozwiązań.

5. Istnieje tylko złożenie g ◦ f , jego macierzą w bazach standardowych jest

M

g◦f

=







0

1

3

0

1

1

3

0

1

0

6

0

3

6

0

0

1

2

0

0

3

3

3

1







.

Zestaw B

1. Opisz oraz zaznacz na płaszczyźnie zbiór liczb zespolonych z, spełnia-

jących warunek Re z

3

­

1

2

|z|

3

.

2. Wyznacz macierz odwrotną do macierzy =

4

11

4

1

3

1

1

2

2

.

Sprawdź otrzymany wynik, wykonując mnożenie macierzy.

3. Wyznacz odległość punktu = (21, −1) od płaszczyzny

= 1 + + 2s
= 1 + 2s
= 2 − 2s,

gdzie t, s ∈ R.

4. Rozwiąż układ równań

4x

6y

4z

+

6t

=

4

x

y

z

+

t

=

0

x

y

z

t

=

8.

5. Wyznacz, o ile istnieją, macierze złożeń f ◦g oraz g◦f w bazach standardo-

wych, jeżeli R

4

→ R

5

oraz R

3

→ R

4

są przekształceniami linowymi,

danymi wzorami: (x, y, z, t) = (x − 2y, x + 3z, x, y, t − z), g(u, v, w) =
(v, v, u, u − w).

26

background image

Odpowiedzi, wskazówki

1. Otrzymujemy Re z

3

 = |z|

3

cos(3ϕ­

1
2

|z|

3

, stąd |z| = 0 lub cos(3ϕ­

3

2

. W tym drugim przypadku, 3ϕ ∈



1
3

π,

1
3

π

∪ 

5
3

π,

7
3

π

∪ 

11

3

π,

13

3

π

,

zatem ϕ ∈



1
9

π,

1
9

π

∪ 

5
9

π,

7
9

π

∪ 

11

9

π,

13

9

π

. Zbiór jest sumą trzech

kątów wraz z brzegami.

2. A

1

=

4

14

1

1

4

0

1

3

1

.

3. Równanie 4x − 5+ 2z − 3 = 0 jest równaniem ogólnym danej płaszczyzny,

odległość =

6

5

.

4. z − 2, y = 2, z ∈ R, t = 4 – nieskończenie wiele rozwiązań.

5. Istnieje tylko złożenie f ◦ g, jego macierzą w bazach standardowych jest

M

f ◦g

=





1

1

0

4

2

0

1

1

0

0

1

0

0

0

1





.

27


Document Outline