Egzamin z Algebry, 9 IX 2013

1. Zadanie wstępne

Nr

Zadanie

Odp.

√

√

√

1

Obliczyć

−i

− 2 + 2 i

2

2

√

√

Rozwiązanie:

2 − 2 i

2

2

−i = 1 · (cos 3 π + i sin 3 π) 2

2

√

3 π + 2 kπ

3 π + 2 kπ

−i = cos 2

+ i sin 2

2

√

2

√

z

2

2

0 = cos 3 π + i sin 3 π = −

+

i

4

4

2

2

√

√

z

2

2

1 = cos 7 π + i sin 7 π =

−

i

4

4

2

2

√

2

Wyznaczyć pole trójkąta o wierzchołkach O(0 , 0 , 0) , A(1 , − 1 , 1) , 2

2

B( − 1 , 2 , − 1) .

Rozwiązanie:

−→

−

−

→

P = 1 |OA × OB|

2

i

j

k

−→

−

−

→

OA × OB =

1 − 1

1 = [ − 1 , 0 , 1]

− 1

2 − 1

√

q

P = 1

( − 1)2 + 02 + 12 =

2

2

2

(

x − y + z = 1

3

Wyznaczyć rozwiązanie ogólne układu równań

x = t + 2

x + y − 3 z = 3

y = 2 t + 1

Rozwiązanie:

z = t , t ∈

z = t = ⇒ x = 1 + y − t = ⇒ 1 + y − t + y − 3 t = 3 = ⇒ y = 2 t + 1 = ⇒

R

x = t + 2

4

W jakim punkcie prosta l : x − 1 = y = z przecina płaszczyznę xOy ?

(1 , 0 , 0)

Rozwiązanie:

z = 0 = ⇒ y = 0 , x = 1

√

5

Narysować i nazwać powierzchnie S 1 : z =

x 2 + y 2 , S 2 : x 2 + y 2 = 4

S 1 - stożek

Rozwiązanie:

S 2 - walec

Są to powierzchnie obrotowe, oś obrotu Oz . Przecinamy powierzchnie płaszczyzną y = 0

√

(

z =

x 2 + y 2

S 1 :

= ⇒ z = |x|

y = 0

(

x 2 + y 2 = 4

S 2 :

= ⇒ x 2 = 4 = ⇒ x = ± 2

y = 0

1

2. Rozwiązać równanie z 4 + 8 z = 0 , z ∈ C

Rozwiązanie:

z( z 3 + 8) = 0 = ⇒

z = 0 lub z 3 + 8 = 0

Rozwiązujemy równanie:

√

z 3 + 8 = 0 = ⇒ z = 3 − 8

− 8 = 8(cos π + i sin π) postać trygonometryczna

π + 2 kπ

π + 2 kπ

zk = 2 cos

+ i sin

, k = 0 , 1 , 2

3

3 √

√

z

3

0 = 2(cos π + i sin π ) = 2( 1 + i

) = 1 + i 3

3

3

2

2

z 1 = 2(cos π + i sin π) = 2( − 1) = − 2

√

√

z

3

2 = 2(cos 5 π + i sin 5 π ) = 2( 1 − i

) = 1 − i 3

3

3

2

2

Odpowiedź:

√

√

z 1 = 0 , z 2 = 1 + i 3 , z 3 = − 2 , z 4 = 1 − i 3

2

3. Rozwiązać układ równań



x +

y +

z =

2



100



2 x − 3 y

+ 2 z = − 6

100





3 x − 2 y −

z =

0

Rozwiązanie:

Obliczamy

1

1

1

|A| = 2 − 3

2 = 3 + 6 − 4 + 9 + 4 + 2 = 20 6= 0

3 − 2 − 1

Układ równań jest układem Cramera.

2

1

1

100

|A

1 | =

− 6

− 3

2

= 20

100

100

0

− 2 − 1

1

2

1

100

|A

2 | =

2 − 6

2

= 40

100

100

3

0

− 1

1

1

2

100

|A

3 | =

2 − 3 − 6

= − 20

100

100

3 − 2

0

|A

1

x

1 |

=

=

|A|

100

|A

2

y

2 |

=

=

|A|

100

|A

1

z

3 |

=

= −

|A|

100

Odpowiedź:

Układ ma jedno rozwiązanie:

1

x = 100

2

y = 100

1

z = − 100

3

4. Wyznaczyć równanie płaszczyzny zawierającej prostą (

x + y − 2 z = 0

l :

i punkt A(1 , 1 , − 1) .

2 x − y + z = 1

Rozwiązanie:

Równanie płaszczyzny przechodzącej przez prostą l (pęk płaszczyzn): π : α( x + y − 2 z) + β(2 x − y + z − 1) = 0

α(1 + 1 + 2) + β(2 − 1 − 1 − 1) = 0

A ∈ π

4 α − β = 0

β = 4 α

Wybieramy dowolną niezerową wartość np. α = 1 , wtedy mamy β = 4.

( x + y − 2 z) + 4(2 x − y + z − 1) = 0

9 x − 3 y + 2 z − 4 = 0

Odpowiedź:

Równanie płaszczyzny π : 9 x − 3 y + 2 z − 4 = 0

4

x

5. Obliczyć odległość punktu P (2 , 1 , 0) od prostej l :

= y = z − 1 .

2

Rozwiązanie:

−

→

v = [2 , 1 , 1]

wektor kierunkowy prostej l

Z równania prostej: x = 0 = ⇒ y = 0 , z = 1

Punkt A(0 , 0 , 1) leży na prostej l .

Oznaczmy l0 - rzut prostej l na płaszczyznę π.

−→

|−

→

v × AP |

d =

odległość punktu P od prostej l

|−

→

v |

−→

AP = [2 , 1 , − 1]

i

j

k

−

→

−→

v × AP = 2 1

1 = [ − 2 , 4 , 0]

2 1 − 1

−→

√

q

|−

→

v × AP | =

( − 2)2 + 42 + 02 =

20

q

√

( − 2)2 + 42 + 02

s

20

10

d =

√

= √

=

22 + 12 + 12

6

3

Odpowiedź:

Szukana odległość:

q

d =

10

3

5

6. Wyznaczyć równania prostych stycznych do okręgu x 2 + y 2 = 4 y przechodzących przez punkt A(0 , 4) .

Rozwiązanie:

Przekształcamy równanie okręgu:

x 2 + y 2 = 4 y = ⇒ x 2 + y 2 − 4 y = 0 = ⇒ x 2 + y 2 − 4 y + 4 − 4 = 0 = ⇒ x 2 + ( y − 2)2 = 4

√

Środek okręgu jest w punkcie O(0 , 2) , jego promień R =

4 = 2

Prosta pionowa przechodząca przez punkt A : x = 0 nie jest styczna do okręgu.

l : y = ax + b - równanie prostej stycznej A ∈ l = ⇒ 4 = b = ⇒

l : y = ax + 4

Prosta jest styczna do okręgu gdy odległość d środka okręgu od prostej jest równa R .

l : ax − y + 4 = 0

|a · 0 − 2 + 4 |

2

d =

√

= √

a 2 + 12

a 2 + 1

2

d = R = ⇒ √

= 2 = ⇒

a 2 + 1

√a 2 + 1 = 1 = ⇒ a 2 + 1 = 1 = ⇒ a 2 = 0 = ⇒ a = 0

stąd:

l : y = 4

Odpowiedź:

Jest jedna prosta styczna do okręgu:

l : y = 4

(ponieważ punkt A leży na okręgu)

6