Egzamin z Algebry, 5 II 2010

1. Zadanie wstępne

Zadanie

Odp.

√

1. Wyznaczyć najmniejszą liczbę naturalną n , dla której ( 3 + i) n ∈ R

6

Rozwiązanie:

√ 3 + i = 2(cos π + i sin π) 6

6

√

( 3 + i) n = 2 n(cos nπ + i sin nπ ) 6

6

sin nπ = 0

6

nπ = kπ , k ∈

6

Z

n = 6 k

2. Dla jakiej wartości parametru p wyznacznik macierzy A jest równy -4 ?

p = ± 2



0

0 0 1 



1

0 0 1 

A = 





1 p 2 0 1 





1

1 1 1

Rozwiązanie:

0

0 0 1

1

0 0

1

0 0 1

|A| =

= 1 · ( − 1)5 · 1

p 2 0 = −p 2 = − 4

1 p 2 0 1

1

1 1

1

1 1 1

3. Obliczyć wersor wektora ~

w = ~

v − 2 ~

u , jeżeli ~

v = [1 , 0 , 2] zaś ~

u = [1 , 1 , 0]

[ − 1 , − 2 , 2 ]

3

3

3

Rozwiązanie:

~

w = [ − 1 , − 2 , 2]

√

| ~

w| =

1 + 4 + 4 = 3

~

w

1

1

2 2

=

[ − 1 , − 2 , 2] = [ − , − , ]

| ~

w|

3

3

3 3



x = 2 t





4. Wyznaczyć równanie prostej przechodzącej przez punkt P (1 , − 3 , 2) i pro-y = − 3 + 3 t

stopadłej do płaszczyzny π : 2 x + 3 y − 4 = 0





z = 2

Rozwiązanie:

Wektor kierunkowy prostej jest wektorem normalnym płaszczyzny ~

n = [2 , 3 , 0]

Równaie prostej:



x = 2 t





y = − 3 + 3 t , t ∈ R





z = 2

5. Napisać równanie okręgu ośrodku S( − 3 , 4) , przechodzącego przez początke ( x + 3)2 + ( y − 4)2 =

układu współrzędnych.

25

Rozwiązanie:

q

Promień okręgu: r = OS =

( − 3)2 + 42 = 5

Równanie okręgu: ( x + 3)2 + ( y − 4)2 = 25

1

2. Rozwiązać równanie: z 4 − z 2 + 1 = 0 , z ∈ C .

Rozwiązanie:

Podstawiamy w = z 2

w 2 − w + 1 = 0

∆ = 1 − 4 = − 3

Obliczamy

√

√

∆ = ±i 3

√

√

1 − i 3

1

3

w 1 =

=

− i

2

2

2

√

√

1 + i 3

1

3

w 2 =

=

+ i

2

2

2

Zapisujemy w 1 i w 2 w postaci trygonometrycznej: w 1 = cos( − π ) + i sin( − π ) 3

3

w 2 = cos( π ) + i sin( π ) 3

3

Rozwiązujemy równanie: z 2 = w

√

z =

w 1

√

√

z

3

3

1 = cos( − π ) + i sin( − π ) =

− 1 i =

− 1 i

6

6

2

2

2

2

√

√

z

3

3

2 = cos( 5 π ) + i sin( 5 π ) = −

+ 1 i = −

+ 1 i

6

6

2

2

2

2

√

z =

w 2

√

√

z

3

3

3 = cos( π ) + i sin( π ) =

+ 1 i =

+ 1 i

6

6

2

2

2

2

√

√

z

3

3

4 = cos( 7 π ) + i sin( 7 π ) = −

− 1 i = −

− 1 i

6

6

2

2

2

2

Odpowiedź:

√

z

3

1 =

− 1 i

2

2

√

z

3

2 = −

+ 1 i

2

2

√

z

3

3 =

+ 1 i

2

2

√

z

3

4 = −

− 1 i

2

2

2

3. Rozwiązać nierówność:

1

1

1

1 1

1

2

1

x 2

3

3 x − 1 0 < 0

x x x

x 2 0

1

1

1

2 1

Rozwiązanie:

Obliczamy wyznacznik macierzy A

1

1

1

1 1

0

1

1

1 1

1

2

1

x 2

0

2

1

x 2

|A| =

3

3 x − 1 0 = {k0 = k

3 − x

3 x − 1 0

= { Rozw. Laplace’a wzgl. k

1

1 −k 3 } =

1 } =

x x x

x 2 0

0 x x

x 2 0

1

1

1

2 1

0

1

1

2 1

1

1

1 1

0

1

1 1

2

1

x 2

0

1

x 2

(3 − x) · ( − 1)4

= {k0 = k

=

x x x 2 0

1

1 − k 4 }

= (3 − x) · x x x 2 0

1

1

2 1

0

1

2 1

1

1 1

{ Rozw. Laplace’a wzgl. k

1 } = (3 − x) x · ( − 1)4

1 x 2

=

1

2 1

(3 − x) x( x + 2 + 2 − x − 4 − 1) = (3 − x) x · ( − 1) = x( x − 3) x( x − 3) < 0

x ∈ (0 , 3)

Odpowiedź:

x ∈ (0 , 3)

3

4. Wyznaczyć równanie prostej przechodzącej przez punkt P (1 , 2 , 0) , równoległej do płaszczyzny π : x + 2 y − z + 4 = 0 oraz przecinającej prostą



x = 2 t





l :

y = 1 − t , t ∈ R





z = 3 + t

Rozwiązanie:

π 1 - płaszczyzna równoległa do π przechodząca przez punkt P

π 1 : x + 2 y − z + D = 0

1 + 4 + D = 0

punkt P ∈ π 1

D = − 5

π 1 : x + 2 y − z − 5 = 0

A( x, y, z) - punkt przecięcia płaszczyzny π 1 i prostej l



x + 2 y − z − 5 = 0









x = 2 t

y = 1 − t









z = 3 + t

2 t + 2(1 − t) − (3 + t) − 5 = 0

−t − 6 = 0

t = − 6

A( − 12 , 7 , − 3)

Wketor kierunkowy prostej:

−→

P A = [13 , − 5 , 3]

x − 1

y − 2

z

l 1 :

=

=

13

− 5

3

Odpowiedź:

x − 1

y − 2

z

l 1 :

=

=

13

− 5

3

4

5. Obliczyć pole trójkąta, którego wierzchołkami są punkty przeciecia osi układu współ-

rzędnych z płaszczyzną π : x + 3 y + 2 z − 6 = 0

Rozwiązanie:

Szukamy wierzchołków trójkąta:

x = 0 , y = 0 = ⇒ 2 z − 6 = 0 = ⇒ z = 3

A(0 , 0 , 3)

x = 0 , z = 0 = ⇒ 3 y − 6 = 0 = ⇒ y = 2

B(0 , 2 , 0)

y = 0 , z = 0 = ⇒ x − 6 = 0 = ⇒ x = 6

C(6 , 0 , 0)

Pole trójkąta jest równe:

−→

−→

S = 1 |AB × AC|

2

−→

AB = [0 , 2 , − 3]

−→

AC = [6 , 0 , − 3]

i j

k

−→

−→

AB × AC = 0 2 − 3 = [ − 6 , − 18 , − 12]

6 0 − 3

√

q

S = 1

( − 6)2 + ( − 18)2 + ( − 12)2 = 3 14

2

Odpowiedź:

√

Pole trójkata S = 3 14

5

6. Wyznaczyć równanie sfery przechodzącej przez punkt O(0 , 0 , 0) , której środkiem S

jest punkt symetryczny do punktu P (1 , − 2 , 7) względem prostej



x = 2 t





l :

y = 1 + t , t ∈ R





z = 2 − t

Rozwiązanie:

Szukamy płaszczyzny π prostopadłej do prostej l przechodzącej przez punkt P : 2 x + y − z + D = 0

2 − 2 − 7 + D = 0

D = 7

2 x + y − z + 7 = 0

Punkt Q przecięcia prostej l i płaszczyzny π jest rzutem punktu P na prostą l.

2 · 2 t + (1 + t) − (2 − t) + 7 = 0

6 t + 6 = 0

t = − 1

Q( − 2 , 0 , 3)

−→

−→

Wektor: P S = 2 · P Q = 2 · [ − 3 , 2 , − 4] = [ − 6 , 4 , − 8]

Stąd:

S( − 5 , 2 , − 1)

Promień sfery:

√

q

r = OS =

( − 5)2 + 22 + ( − 1)2 =

30

Równanie sfery:

( x + 5)2 + ( y − 2)2 + ( z + 1)2 = 30

Odpowiedź:

Równanie sfery: ( x + 5)2 + ( y − 2)2 + ( z + 1)2 = 30

6