background image

Egzamin z Algebry, 30 I 2009 godz. 12.00

1. Zadanie wstępne

Nr

Zadanie

Odp.

1

Zapisać w postaci kanonicznej (algebraicznej) liczbę zespoloną u
jeżeli
= 1 + i

= cos

π

2

sin

π

2

Rozwiązanie:
i
= 1 + = 1 + 2i

1 + 2i

2

Obliczyć wyznacznik macierzy D

=

0 1 3 1
1 1 0 0
0 2 2 0
0 1 2 0

Rozwiązanie:

|D| =

0 1 3 1
1 1 0 0
0 2 2 0
0 1 2 0

= 1·(1)

2+1

1 3 1
2 2 0
1 2 0

1·1·(1)

1+3

2 2
1 2

2

Stosujemy rozwinięcia Laplace’a najpierw względem pierwszej kolumny, po-
tem względem trzeciej kolumny.

2

3

Obliczyć sinus kąta między wektorami ~u ~v jeżeli
~u = [101] , ~v = [212]
Rozwiązanie:

cos α =

~u · ~v

|~u| · |~u|

=

4

·

9

=

4

3

2

sin α =

− cos

2

α =

s

16
18

=

1
3

Uwaga: kąt między dowolnymi wektorami α ∈< 0, π > więc sin α ­ 0

1
3

4

Wyznaczyć wersor normalny płaszczyzny 2+ 2z − 3 = 0
Rozwiązanie:
Wektor normalny ~n = [212]

Wersor normalny:

~n

|~n|

=

1

9

· [212] =

2
3

,

1
3

,

2
3

Uwaga: Jest jeszcze drugi wersor normalny:

h

2
3

, −

1
3

, −

2
3

i

h

2
3

,

1
3

,

2
3

i

5

Obliczyć odległość środka sfery od płaszczyzny xOy jeżeli
x

2

y

2

z

2

+ 4x − 2z − 10 = 0

Rozwiązanie:
Przekształcamy równanie sfery:
(+ 2)

2

− 4 + y

2

+ (z − 1)

2

− − 10 = 0

(+ 2)

2

y

2

+ (z − 1)

2

= 15

Środek sfery jest w punkcie A(201)
Odległość punktu od płaszczyzny xOy jest równa |z

A

= 1

1

1

background image

2. Obliczyć (−i) i następnie znaleźć wszystkie pierwiastki wielomianu:

(z) = z

4

z

3

+ 2z

2

+ 1 , z ∈ C

Rozwiązanie:

(−i) = (−i)

4

+ (−i)

3

+ 2(−i)

2

− i + 1 = 1 + i − − i + 1 = 0

Wynika stąd, że z

1

−i jest pierwiastkiem (z) . Ponieważ wielomian ten ma współ-

czynniki rzeczywiste, więc pierwiastkiem tego wielomianu musi też być z

2

z

1

.

Wielomian dzieli się więc prze: (i)(z − i) = z

2

+ 1.

Dzielimy:

z

4

z

3

+ 2z

2

+ 1 = (z

2

+ 1)(z

2

+ 1)

Rozwiązujemy równanie:

z

2

+ 1 = 0

∆ = 1 − 4 = 3

∆ = i

3

z

3

=

− i

3

2

z

4

=

1 + i

3

2

Odpowiedż:

Pierwiastki wielomianu:

z

1

−i z

2

z

3

=

− i

3

2

z

4

=

1 + i

3

2

2

background image

3. Znaleźć macierz spełniającą równanie:

1 2 1
0 1 2
1 0 1

1

· A +

1
0
1

Rozwiązanie:

Oznaczmy

=

1 2 1
0 1 2
1 0 1

=

1
0
1

Wyznacznik |B| = 1 + 4 − 1 = 4 6= 0 wuęc macierz odwrotna B ∗ −1 istnieje. Prze-
kształcamy równanie macierzowe:

B

1

· A C

mnożymy lewostronnie przez B

B · B

1

· A B · A B · C

B · B

1

I

B · A B · C

odejmujemy B · A

A − B · A B · C

wstawiamy macierz jednostkową I

I · A − B · A B · C

(I − B· A B · C

Obliczamy:

I − B =

1
0

2

1

0

0

B · C =

4
2
2

Wiadać, że macierz ma 3 wiersze i 1 kolumnę:

=

x

y
z

Powstałe równanie macierzowe możemy traktować jak układ równań. Układ ten roz-
wiązujemy stosując wzory Crammera.

|M| =

1
0

2

1

0

0

6= 0

|M

1

=

1
4

2

2

0

0

= 8

|M

2

=

0 4 1
0 2 2

1 2

0

= 4 − 2 = 2

|M

3

=

2 4
0

0 2

1

0 2

= 4

Stąd: =

|M

1

|

|M|

2

=

|M

2

|

|M|

1
2

=

|M

3

|

|M|

1

Odpowiedż:

=

2

1
2

1

3

background image

4. Wyznaczyć rozwiązania układu równań w zależności od parametru m ∈ R

mx +

=

1

my =

1

+

m

Rozwiązanie:

Badamy rząd macierzy

=

m

1

m
1

1

i

A

R

=

m

1

1

m

1

1

m

Zaczynamy od rzędu A

R

W tym celu rozwiązujemy równanie: |A

r

= 0

|A

R

m

3

+ 1 + 1 − m − m − m m

3

− 3+ 2

m

3

− 3+ 2 = 0

Widać, że wielomian ma pierwiastek wymierny m

1

= 1 . Dzielimy wielomian przez

(m − 1)

m

3

− 3+ 2 = (m − 1)(m

2

m − 2)

Rozwiązujemy równanie:

m

2

m − 2 = 0

∆ = 9

m

2

2 , m

3

= 1

Wniosek:

Dla m 6∧ m 6= 1 rząd A

R

jest równy 3. Rząd macierzy A ¬ 2 więc układ jest

sprzeczny.

Dla rząd rzA

R

¬ 2

rzA

R

= rz

2

1

1

2

1

1

2

= 2 , ponieważ

2

1

2

= 3 6= 0

rz= rz

2

1

2
1

1

= 2 , ponieważ

2

1

2

= 3 6= 0

Układ ma więc jedno rozwiązanie. Szukamy w macierzy macierzy 2×2 o wyznaczniku
różnym od zera np. pierwsze dwa wiersze. Z układu usuwamy trzecie równanie:

(

2+

= 1

x − 2= 1

Stosujemy wzory Cramera:

|M| = 3 , |M

1

=

1

1

2

− 1 = 3 . |M

2

=

2 1

1 1

− 1 = 3

=

|M

1

|

|M|

1

=

|M

2

|

|M|

1

Dla = 1 rząd rzA

R

¬ 2

4

background image

rzA

R

= rz

1 1 1
1 1 1
1 1 1

= rz

h

1 1 1

i

= 1 , ponieważ wiersze są proporcjonalne

rz= rz

1 1
1 1
1 1

= rz

h

1 1

i

= 1

Układ ma więc nieskończenie wiele rozwiązań zależnych od jednego parametru. Szu-
kamy w macierzy macierzy 1 × 1 o wyznaczniku różnym od zera. Np. element A

11

.

Usuwamy równania 2 i 3; zmienna będzie parametrem: t. Wtedy układ redukuje
się do jednego równania:

= 1 − t

Odpowiedź:

Dla m 6∧ m 6= 1 układ jest przeczny

Dla 2 układ ma jedno rozwiązanie: 1 , 1

Dla = 1 układ ma nieskończenie wiele rozwiązań zleżnych od jednego parametru:
= 1 − t t ∈ R

5

background image

5. Znaleźć równanie prostej przechodzącej przez punkt A(10, −1) , równoległej do płasz-

czyzny π : 3x − 2y − 3+ 3 = 0 i przecinającej prostą :

x − 2

1

=

y − 1

2

=

+ 2

2

Rozwiązanie:

Konstuujemy płaszczyznę π

1

równoleglą do π i przchodzącą przez punkt A. Szukamy

punktu przecięcia płaszczyzny π

1

i prostej l. Szukana prosta to prosta AB

π

1

: 3x − 2y − 3= 0

ponieważ π

1

jest równoległa do π

3 + 3 + = 0

A ∈ π

1

6

π

1

: 3x − 2y − 3z − 6 = 0

Współrzędne punktu B(x, y, z) spełniają układ równań:

3x − 2y − 3z − 6 = 0
y − 1 = 2(x − 2)
y − 1 = −z − 2

B ∈ π

1

∩ l

2+ 5

−y − 1 = 2x − 6

3+ 4x − 10 − 6+ 18 − 6 = 0

2 , = 9 , 10

Mamy więc punkt B(29, −10)

Wektor kierunkowy szukanej prostej:
−→

AB = [39, −9] [1, −33]

Odpowiedź:

x − 1

1

=

y

3

=

+ 1

3

6

background image

6. Znaleźć równanie płaszczyzny przechodzącej przez początek układu współrzędnych i

przez prostą powstałą z przecięcia płaszczyzn + 3y − z + 1 = 0 oraz 2+ 3z − 10 = 0

Rozwiązanie:

Szukna płaszczyzna π ma równanie:

α(+ 3y − z + 1) + β(2+ 3z − 10) = 0

pęk płaszczyzn

α − 10β = 0

punkt (000) ∈ π

α = 10β

β = 1

możemy wybrać dowolną wartość 6= 0

α = 10

10+ 30y − 10+ 10 + 2+ 3z − 10 = 0

Odpowiedź:

Szukana płaszczyzna:

12+ 30y − 7= 0

7