Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ДЛЯ ЭКОНОМ СПЕЦ 1-2 модуль

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
14.04.2015
Размер:
988.75 Кб
Скачать

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

r

 

 

 

r

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

числу λ =1

: x

=c

 

1

 

+c

 

0

 

, а числу λ = −1

: x

= c

 

 

.

6

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 6. В этом задании надо привести квадратичную форму к каноническому виду ортогональным преобразованием, указать линейное преобразование, приводящее ее к каноническому виду.

Пример 1. Квадратичная форма x12 +5x22 + x32 + 2x1x2 +6x1x3 +2x2 x3 .

Решение.

Чтобы привести квадратичную форму к каноническому виду, следует перейти к базису собственных векторов матрицы квадратичной формы.

 

1

1

3

 

 

 

1

5

1

 

и найдем ее собст-

Запишем матрицу квадратичной формы A =

 

 

3

1

1

 

 

 

 

 

венные числа (см. Задание 5.1)

 

λ1 = −2 ,

λ2 = 6 ,

λ3 =3 .

 

 

 

 

Собственные векторы, соответствующие различным собственным

числам ортогональны. Найдем эти векторы (см. Задание 5.2).

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

λ = −2 :

r

 

 

0

 

,

λ = 6

:

r

=

 

 

2c

 

 

,

 

 

 

λ =

r

=

 

c

 

.

e =

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

3 : e

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормируем собственные векторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er1

= c2 +c2 = c 2 , er1′ =

 

 

er1

 

=

 

 

0

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

=

c

 

+ 4c

 

+c

 

=c 6 , e

=

 

r2

 

=

 

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

e2

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

e

=

c

 

+c

 

 

+c

 

= c 3 ,

e

=

 

r3

 

=

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

e3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В ортонормированном базисе из собственных векторов матрицы

20

 

λ 0

0

 

 

2

0

0

 

 

1

λ2

0

 

 

0

6

0

 

, а са-

квадратичная форма будет иметь вид A

=

0

 

=

 

 

 

0

0

λ

 

 

0

0

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

ма квадратичная форма канонический вид 2(x1)2 +6(x2)2 +3(x3)2 .

Линейное преобразование, которое приводит квадратичную форму к каноническому виду, задается матрицей перехода к ортонормированному

базису из собственных векторов

=T

T

AT . В нашем слу-

A

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чаеT =

 

2

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2

 

1

. Для «правой» системы координат detT

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ. 2(x1)2 +6

(x2)2 +3(x3)2 .

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Квадратичная форма

 

 

 

 

 

17x2

+14x2

+14x2

 

4x x 4x x 8x x .

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

3

 

 

 

1

2

1

3

2

3

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

14

4

 

Матрица этой квадратичной формы имеет вид A =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как и в предыдущем примере найдем ее собственные числа и собственные векторы (см. Задание 5.1, 5.2).

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

13

 

λ = 9

: er

=

2c

 

, нормируем

 

er

 

=

c2 + 4c2 + 4c2 =3c , er′′=

 

 

er1

 

=

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

e

 

 

3

 

 

 

 

2c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

Если среди собственных чисел матрицы квадратичной формы есть равные, то среди собственных векторов, соответствующих этому числу, нужно выбрать набор линейно независимых векторов, составляющих фундаментальную систему решений. А затем провести их ортогонализацию.

 

 

Для λ2 = λ3 =18 матрица однородной системы имеет вид

 

 

1 2

2

~ (1 2

2), поэтому er

2c1 2c2

2c1

 

2c2

 

 

2

4

4

 

=

c

 

=

c

 

+

0

.

 

2

4

4

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

c

 

 

 

 

 

 

c

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

21

 

Подберем два линейно независимых вектора.

Положим

c1 =1

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c2 = 0

 

c1

= 0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

тогда

r

=

 

1

 

 

 

r

=

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

 

 

и e3

 

. Проведем их ортогонализацию. Пусть

c2

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er′ =er = 1 ,

а

er′ =er

er

er3

er2

. Нетрудно проверить, что для них вы-

2

2

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

 

2

e2e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

er3′ = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

полняется условие ортогональности векторов e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

r

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак

e3

= e3

e2

=

0

 

 

1

 

=

 

 

. Нормируем

полученные

 

5

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

5

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

3 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

3 5

 

 

 

векторы

e2

=

4 +1

+0 =

5

, e2′′ =

 

1

 

 

 

 

;

e3

=

 

+ 1625

+1 =

 

, e3′′=

 

4

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

25

5

 

3

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

5

 

 

 

В

базисе

из

собственных

 

векторов

 

матрицы

квадратичная

форма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

0

0

 

 

 

 

9

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

 

λ2

0

 

 

 

 

0

 

 

 

18

 

 

0

 

, а сама квадратичная форма

принимает вид A

 

0

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

λ

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

2

 

 

′′

2

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

канонический вид 9(x1 )

 

+18(x2 )

 

+18(x3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ. 9(x1′′)2 +18(x2′′)2 +18(x3′′)2 .

ЗАДАЧИ ДЛЯ ТИПОВЫХ РАСЧЕТОВ

Задание 4.

 

 

 

 

Выяснить, образуют ли векторы p,qr,rr базис.

 

 

Если образуют, то разложить вектор x по этому базису.

4.1

pr(0;1; 2)

4.2

pr(1;3; 0)

4.3

pr(2;1; 1)

 

qr(1;0;1)

 

qr(2; 1;1)

 

qr(0;3; 2)

 

rr(1; 2; 4)

 

rr(0; 1; 2)

 

rr(1; 1;1)

 

xr(2; 4; 7)

 

xr(6;12; 1)

 

xr(1; 4; 4)

22

4.4

pr(2; 0;1)

 

qr(1;3; 1)

 

rr(0; 4;1)

 

xr(5; 5;5)

4.7

pr(3;1; 0)

 

qr(1; 2;1)

 

rr(1; 0; 2)

 

xr(3;3; 1)

4.10

pr(1;0;5)

 

qr(1;3; 2)

 

rr(0; 1;1)

 

xr(5;15; 0)

4.13

pr(0;1;3)

 

qr(1; 2; 1)

 

rr(2; 0; 1)

 

xr(3;1;8)

4.16

pr(0;5;1)

 

qr(3; 2; 1)

 

rr(1;1; 0)

 

xr(15;5; 6)

4.19

pr(0;3;1)

 

qr(1; 1; 2)

 

rr(2; 1; 0)

 

xr(1; 7; 0)

4.22

pr(0;1;5)

 

qr(3; 1; 2)

 

rr(1; 0;1)

 

xr(8; 7; 13)

4.25

pr(1; 2; 0)

 

qr(1;1;3)

 

rr(1;0; 4)

 

xr(6; 1; 7)

4.5

pr(5;1; 0)

 

qr(2; 1;3)

 

rr(1;0; 1)

 

xr(13; 2; 7)

4.8

pr(1; 2;1)

 

qr(2;0;3)

 

rr(1;1; 1)

 

xr(1; 7; 4)

4.11

pr(1;1;0)

 

qr(0;1; 2)

 

rr(1;0;3)

 

xr(2; 1;11)

4.14

pr(1; 2; 1)

 

qr(3;0; 2)

 

rr(1;1;1)

 

xr(8;1;12)

4.17

pr(1; 0;1)

 

qr(0; 2;1)

 

rr(1;3; 0)

 

xr(8;9; 4)

4.20

pr(1; 1; 2)

 

qr(3;2;0)

 

rr(1;1;1)

 

xr(11; 1; 4)

4.23

pr(1; 0;1)

 

qr(1; 2; 0)

 

rr(0;3;1)

 

xr(2; 7;5)

4.26

pr(2; 0;1)

 

qr(1;1;0)

 

rr(4;1; 2)

 

xr(8;0;5)

23

4.6

pr(0;1;1)

 

qr(2; 0;1)

 

rr(3;1; 0)

 

xr(19; 1; 7)

4.9

pr(1;1; 4)

 

qr(0; 3; 2)

 

rr(2;1; 1)

 

xr(6;5; 14)

4.12

pr(1;0; 2)

 

qr(1;0;1)

 

rr(2;5; 3)

 

xr(11;5; 3)

4.15

pr(1; 4;1)

 

qr(3; 2; 0)

 

rr(1; 1; 2)

 

xr(9; 8; 3)

4.18

pr(2;1; 0)

 

qr(1; 1; 0)

 

rr(3; 2;5)

 

xr(23; 14; 30)

4.21

pr(1;1; 4)

 

qr(3; 0; 2)

 

rr(1; 2; 1)

 

xr(13; 2;18)

4.24

pr(4;1;1)

 

qr(2; 0; 3)

 

rr(1; 2;1)

 

xr(9;5;5)

4.27

pr(0;1; 2)

 

qr(3; 1;1)

 

rr(4;1; 0)

 

xr(5;9; 13)

4.28 pr(2;1;0) qr(1;0;1) rr(4; 2;1) xr(3;1;3)

4.29 pr(0; 2;1) qr(3;1; 1) rr(4; 0;1) xr(0; 8;9)

4.30 pr(1; 0; 2) qr(0;1;1) rr(2; 1; 4) xr(3; 3; 4)

Задание 5.

 

Найти собственные числа матрицы A и собственные векторы, соответствующие

эти числам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1

 

4

5

2

 

 

5.2

 

3

1

 

 

0

5.3

 

1

2

 

4

 

 

5

7 3

 

 

 

 

 

4 1 0

 

 

 

2 2 2

 

 

A =

 

 

 

 

A =

 

 

A =

 

 

 

6

9 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

4 8 2

 

 

 

5.4

 

4

1

2

 

5.5

 

1

1

 

1

5.6

 

4

2

1

 

 

2

1 2

 

 

 

 

2 6 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

 

 

A =

 

 

A =

1 3 1

 

 

1

1 1

 

 

 

 

1 4 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 2

5.7

 

1

3

4

 

 

5.8

 

4

1

1

 

 

5.9

 

7

12

 

6

 

 

4

7 8

 

 

 

 

 

2 4 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

 

 

 

A =

 

 

 

 

A = 10 19 10

 

 

 

6

7 7

 

 

 

 

 

0 1 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 24 13

 

5.10

 

2

1

2

5.11

 

2

5

 

3

5.12

 

4

1

1

 

 

 

 

5 3 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 3 2

 

 

 

 

A =

 

 

A =

1 2 3

 

A =

 

 

 

 

 

1 0 2

 

 

 

3 15 12

 

 

 

1 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.13

 

1 3

1

 

5.14

 

0

1

0

 

5.15

 

2

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 4 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

3 5 1

 

 

A =

 

 

 

A =

1 2 1

 

 

 

 

 

3 3 1

 

 

 

 

2 1 2

 

 

 

 

0 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.16

 

7

2

0

5.17

 

5

6

3

 

5.18

 

6

2

1

 

 

2 6 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

 

A =

1 0 1

 

 

A =

1 5 1

 

 

0 2 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 1

 

 

 

1 2 4

5.19

 

2

1

2

5.20

 

7

4

4

 

5.21

 

7

6

6

 

 

 

 

 

5 3 3

 

 

 

2 3 2

 

 

 

 

4 1 4

 

 

 

 

 

A =

 

 

A =

 

 

 

A =

 

 

 

 

 

 

1 0 2

 

 

 

2 0 5

 

 

 

 

4 2 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.22

 

5

0

0

 

5.23

 

1

3

 

3

5.24

 

2

1

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2 6 13

 

 

 

1 2 0

 

 

 

 

 

A =

4 1

 

 

A =

 

 

A =

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1 4 8

 

 

 

1 1 3

 

 

 

 

 

 

1 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.25

 

2

1

1

 

 

5.26

 

7

4

 

2

5.27

 

4

3

3

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 1

 

 

 

 

A =

2 1

 

 

 

A =

2 5 2

 

A =

 

 

 

 

 

0

0 1

 

 

 

 

 

0 0 9

 

 

 

1 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

5.28

 

5

1

1

5.29

 

3

0

0

5.30

 

1

1

1

 

 

0

2

1

 

 

 

1 2 1

 

 

 

1 1

1

 

 

A =

 

 

A =

 

 

A =

 

 

 

0

2

 

 

 

 

1

3

4

 

 

 

1

3

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

Задание 6.

Привести квадратичную форму к каноническому виду ортогональным преобразованием, указать линейное преобразование, приводящее ее к каноническому виду.

6.1x1x2 +2x1x3 +4x2 x3

6.2x12 +3x22 + x32 +2x1x2 4x2 x3

6.3x1x2 + x2 x3

6.4x12 + x22 + x32 + x1x2 + x1 x3 + x2 x3

6.5x12 + x22 +5x32 +2x1x2 2x1x3 +4x2 x3

6.6x12 +4x22 + x32 4x1 x2 +2x1 x3

6.7x12 + x22 + x32 2x1 x2 +2x1x3 2x2 x3

6.83x12 +4x22 +5x32 +4x1 x2 4x2 x3

6.9x12 +2x22 +3x32 4x1 x2 4x2 x3

6.10x12 +4x22 + x32 4x1x2 +2x1x3

6.113x12 +4x22 +5x32 +4x1 x2 4x2 x3

6.12x12 + x22 x32 4x1 x2 +4x2 x3

6.13x12 + x22 +3x32 +2x1x2 +6x1x3 6x2 x3

6.144x12 3x32 4x1 x2 4x1 x3 +8x2 x3

6.154x12 +5x22 +3x32 8x1x2 +8x2 x3

6.16x12 + x22 + x32 +4x1x2 +4x1x3 +4x2 x3

6.17x12 + x22 +5x32 6x1 x2 +6x1 x3 6x2 x3

6.18x12 + x22 x32 4x1x3 +4x2 x3

6.198x1x3 +2x2 x3

6.20x12 +7x22 + x32 8x1x2 16x1 x3 8x2 x3

6.21x12 +3x32 4x2 x3

6.22x12 7x22 + x32 4x1 x2 2x1 x3 4x2 x3

6.232x12 +5x22 2x32 +4x1x2 +4x2 x3

6.24x12 + x22 + x32 2x1 x2 2x1x3 2x2 x3

6.2511x12 +5x22 +2x32 +16x1 x2 +4x1 x3 20x2 x3

6.262x12 +2x22 +2x32 8x1x2 +6x2 x3

6.27x12 + x22 + x32 2x1 x2 +6x1x3 4x2 x3

6.284x1x2 +4x1x3 +4x2 x3

6.292x1x2 +2x1x3 +2x2 x3

6.30x22 + x32 2x1 x2 2x1 x3

25

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Могут ли быть равными два вектора, один из которых – четырехмерный, а другой – пятимерный?

2.Какие векторы получаются из вектора a умножением на 0 и 1?

3.Какие векторы называются линейно независимыми?

4.Какие числа называются координатами вектора в данном базисе?

5.Доказать, что система векторов будет линейно зависима, если она содержит два пропорциональных вектора.

6.Чем задается линейный оператор в базисе пространства Rn ?

7.Всякая ли квадратная матрица n -го порядка задает в Rn линейный оператор?

8.Какой линейный оператор называется нулевым?

9.Сколько различных собственных значений может иметь матрица третьего порядка?

10.Чему равен ранг фундаментальной системы решений линейной однородной системы уравнений?

Тема 4. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА

Задание 7. В этом задании дан тетраэдр с вершинами в точках A1, A2 , A3 , A4 . Надо найти:

7.1объем тетраэдра;

7.2высоту тетраэдра, опущенную из вершины A4 .

Дано. A1 (1;3;5), A2 (0;0;2), A3 (6;1;2), A4 (1;2;4).

Решение.

 

 

uuur

uuur

uuuur

1. Тетраэдр A1 A2 A3 A4 построен на векторах A1 A2 ,

A1 A3 ,

A1 A4 . Найдем

координаты этих векторов (для этого из координат конца вычитаются ко-

 

 

 

 

 

uuuur

 

=(1;3;3)

uuur

=(7;2;3),

 

uuur

=(2;5;1).

 

 

ординаты начала): A1 A2

 

, A1 A3

A1 A4

 

 

 

 

Объем тетраэдра находим по формуле V =

1

uuuur uuuur uuuur

.

 

 

 

 

A A

A A

A A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

6

 

1

2

1

3

1

4

 

 

 

Вычислим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uuuur

uuuur

uuuur

 

1

 

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1 A2

A1 A3

A1 A4

=

7

 

2

3

 

= −2 105 18 +12 +15 + 21 = −77

 

и

 

найдем

 

 

 

 

 

2

 

5

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

объем тетраэдра V = 1

 

77

 

= 77 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

6

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ.

V = 77 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Чтобы найти высоту тетраэдра, воспользуемся формулой объема

пирамиды V = 1 S

 

 

H .

Здесь

S

 

 

– площадь основания, т.е. площадь

 

 

 

 

 

пир

3

осн

 

 

 

 

 

 

 

осн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

треугольника A1 A2 A3 , а H – высота пирамиды, проведенная из вершины A4

на основание A1 A2 A3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь

 

 

треугольника

 

 

вычислим,

 

 

используя

формулу

S

=

1

uuuur

uuuur

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A A

× A A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

2

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для этого найдем вектор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uuuur

uuuur

 

ir

rj

k

 

=

 

3 3

 

ir

 

1 3

 

rj +

 

1 3

 

r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A A

× A A =

1 3 3

 

 

 

 

 

 

 

k =3ir 18 rj +19k

 

 

 

1

2

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

7

3

 

 

 

 

7 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uuur

 

uuuur

 

 

 

32

 

+182 +192 =

 

и

посчитаем

его

 

 

длину

 

 

 

 

=

 

694 . Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A A

× A A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = 6942

Из формулы объема пирамиды выразим высоту H = 3Vпир , и под-

Sосн

ставив ранее найденные значения, получим H =

77

.

694

 

 

Ответ. H = 77694 .

Задание 8. В этом задании необходимо решить задачу по теме «Векторная алгебра»

Пример 1. Даны векторы ar =mi +3rj +4k и b = 4ir+mjr7kr. При каком значении m векторы a и b перпендикулярны?

Решение.

Запишем координаты векторов ar(m;3;4) и b (4;m;7).

Необходимым и достаточным условием ортогональности двух векторов являетсяr r условие равенства нулю их скалярного произведения. По-

скольку a b = 4m +3m 28 , найдем m , решая уравнение 4m +3m 28 =0 . Получим m = 4 .

27

 

Ответ. m = 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Вычислите площадь параллелограмма, построенного на

 

 

 

r

r

uur

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

векторах

(a +3b)

и (3a

+b), если

 

ar

 

=

b

 

 

=1, а угол между векторами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ar,br)=30o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r r

Из определения векторного произведения следует, что длина вектора

a ×b

численно равна площади параллелограмма, построенного на векто-

r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рах a

и b .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

r

uur

r

 

Запишем векторное произведение данных векторов (a +3b)×(3a +b)

и выполним преобразования

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

r

r

 

 

 

 

 

r

r

uur

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a +3b)×(3a +b)=3ar×ar

+ar×b +9b ×ar

 

+b

×b .

r

r

r

 

 

Учитывая

свойства

 

 

векторного

произведения

и

 

r

a

×a

= 0

 

 

 

 

 

r

 

 

uur

r

×ar.

 

 

 

 

ar×br = −br×ar, получим (a +3b)×(3a +b)=8b

 

 

 

 

 

На основании определения векторного произведения, окончательно

 

 

 

r

r

uur

r

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

r

 

 

 

 

имеем Sпар =

(a

+3b)×(3a +b)

 

=8

b ×ar

=8

ar

 

b

sin (ar,b )=8 1

1 sin 30o

= 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ. Sпар = 4 .

ЗАДАЧИ ДЛЯ ТИПОВЫХ РАСЧЕТОВ

Задание 7.

Найти:

1.объем тетраэдра A1 A2 A3 A4 ;

2.высоту тетраэдра, опущенную из вершины A4 .

7.1A1 (1,3, 6), A2 (2, 2,1), A3 (1, 0,1), A4 (4, 6, 3)

7.2A1 (4, 2, 6), A2 (2, 3, 0), A3 (10,5,8), A4 (5, 2, 4)

7.3A1 (7, 2, 4), A2 (7, 1, 2), A3 (3,3,1), A4 (4, 2,1)

7.4A1 (2,1, 4), A2 (1,5, 2), A3 (7, 3, 2), A4 (6, 3, 6)

7.5A1 (1, 5, 2), A2 (6, 0, 3), A3 (3, 6, 3), A4 (10,6, 7)

7.6A1 (0, 1, 1), A2 (2,3,5), A3 (1, 5, 9), A4 (1, 6,3)

7.7A1 (5, 2, 0), A2 (2,5, 0), A3 (1, 2, 4), A4 (1,1,1)

7.8A1 (2, 1, 2), A2 (1, 2,1), A3 (5,0, 6), A4 (10,9, 7)

7.9A1 (2, 0, 4), A2 (1, 7,1), A3 (4, 8, 4), A4 (1, 4, 6)

28

7.10A1 (14, 4,5), A2 (5, 3, 2), A3 (2, 6, 3), A4 (2, 2, 1)

7.11A1 (1, 2, 0), A2 (3,0, 3), A3 (5, 2, 6), A4 (8, 4, 9)

7.12A1 (2, 1, 2), A2 (1, 2, 1), A3 (3, 2,1), A4 (4, 2,5)

7.13A1 (1,1, 2), A2 (1,1,3), A3 (2, 2, 4), A4 (1, 0, 2)

7.14A1 (2,3,1), A2 (4,1, 2), A3 (6,3, 7), A4 (7,5, 3)

7.15A1 (1,1, 1), A2 (2,3,1), A3 (3, 2,1), A4 (5,9, 8)

7.16A1 (1,5, 7), A2 (3,6,3), A3 (2, 7,3), A4 (4,8, 12)

7.17A1 (3, 4, 7), A2 (1,5, 4), A3 (5, 2, 0), A4 (2,5, 4)

7.18A1 (1, 2, 3), A2 (4, 1, 0), A3 (2,1, 2), A4 (3, 4,5)

7.19A1 (4, 1,3), A2 (2,1,0), A3 (0, 5,1), A4 (3, 2, 6)

7.20A1 (1, 1,1), A2 (2, 0,3), A3 (2,1, 1), A4 (2, 2, 4)

7.21A1 (1, 2, 0), A2 (1, 1, 2), A3 (0,1, 1), A4 (3,0,1)

7.22A1 (1,0, 2), A2 (1, 2, 1), A3 (2, 2,1), A4 (2,1, 0)

7.23A1 (1, 2, 3), A2 (1,0,1), A3 (2, 1, 6), A4 (0, 5, 4)

7.24A1 (3,10, 1), A2 (2,3, 5), A3 (6, 0, 3), A4 (1, 1, 2)

7.25A1 (1, 2, 4), A2 (1, 2, 4), A3 (3, 0, 1), A4 (7, 3,1)

7.26A1 (0, 3,1), A2 (4,1, 2), A3 (2, 1,5), A4 (3,1, 4)

7.27A1 (1,3, 0), A2 (4, 1, 2), A3 (3, 0,1), A4 (4,3,5)

7.28A1 (2, 1, 1), A2 (0,3, 2), A3 (3,1, 4), A4 (4, 7,3)

7.29A1 (3, 5, 6), A2 (2,1, 4), A3 (0, 3, 1), A4 (5, 2, 8)

7.30A1 (2, 4, 3), A2 (5, 6, 0), A3 (1,3, 3), A4 (10, 8,7)

Задание 8.

Решить задачу:

8.1.

Докажите

что точки A(1; 1;1), B (1;3;1),C (4;3;1), D (4; 1;1)

являются вершинами

 

прямоугольника. Вычислите длину его диагоналей.

 

 

 

 

uuur

 

8.2.

Вычислите проекцию

вектора

ar(3;1;3) на направление

вектора

где

AB ,

 

A(7;3; 2), B (8; 2; 2).

 

 

 

 

r

r

r

 

8.3.

Найдите

единичный

вектор,

перпендикулярный

векторам

и

a

= i + j +2k

 

br = 2ir+ rj +kr .

 

 

 

 

 

 

 

 

8.4.

Лежат ли точки A(5;7; 2), B (3;1; 1),C (9; 4; 4), D (5;1;0) в одной плоскости?

 

8.5.

В прямоугольном треугольнике угол при вершине A

равен

60o , а длина гипотену-

 

 

 

 

 

uur

uuur

uuur

 

 

 

зы равна 2.вычислите скалярное произведение векторов AC

и AB + BC .

 

 

8.6.

Найдите координаты вектора p , коллинеарного вектору

qr =(3; 4;0),

если из-

вестно, что вектор pr образует с осью Ox тупой угол и pr =10 .

29