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

методичка высшая математика

.pdf
Скачиваний:
217
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
649 Кб
Скачать
☆

31

AB = (−1)2 +32 + (−3)2 = 19 .

2) Угол между ребрами AB и AD равен углу между соответствующими векторами и находится по формуле:

cos ϕ = AB AD .

AB AD

Координаты вектора AD равны:

AD = {2;2;−3}, AD = 4 + 4 +9 = 17 .

Тогда

−1 2 +3 2 + (−3) (−3)≈ 0,72 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ϕ =

ϕ ≈ 48,5o.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Уравнение

плоскости, проходящей

 

через

три

заданные точки

A(x1, y1, z1 )

, B(x2

, y2 , z2 )

,

 

 

C(x3 , y3

, z3 ), имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

(x − x1 )

(y − y1 )

 

 

 

 

 

 

 

(z − z1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 − x1 ) (y2 − y1 ) (z2 − z1 )

 

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x3 − x1 ) (y3 − y1 ) (z3 − z1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя значения координат, вычисляем определитель и

приравниваем его нулю:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x −3 y − 2 z − 4

 

 

 

 

x −3 y − 2 z − 4

 

= −15x − 4 y + z + 49 = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

2 −3 5 − 2 1 − 4

 

=

 

−1

3

−3

 

 

 

3 −3 1 − 2 0 − 4

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

−1

− 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, искомое уравнение плоскости имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

−15x − 4 y + z + 49 = 0 или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15x + 4 y − z − 49 = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(x1, y1, z1 )

 

4) Уравнение

 

прямой, проходящей

через

точки

и

D(x2 , y2 , z2 ), имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − x1

 

=

y − y1

=

 

 

z − z1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

− x

 

y

2

− y

 

 

 

z

2

 

− z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, получаем искомое уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

x −3

=

 

y − 2

=

z − 4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ax + By +Cz + D = 0

 

 

 

 

 

5) Если

 

дана

 

 

плоскость

 

 

с

нормальным

вектором

 

 

N = {A, B,C}

 

 

 

и

прямая

 

 

 

x − x0

 

=

y − y0

=

z − z0

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a = {m, n, p},

 

 

 

 

m

 

 

n

 

 

направляющим

вектором

 

 

то

 

угол между прямой

и

плоскостью определяется по формуле

32

 

Am + Bn +Cp

sin ϕ = ±

A2 + B2 +C 2

m2 + n2 + p2 .

Так как N = {15;4;−1}, а a = {2;2;−3}, то

sin ϕ = 30 +8 +3 ≈ 0,64 ,

ϕ ≈ 44,2o.

 

17 242

 

6) Площадь треугольника, построенного на двух векторах, равна половине модуля векторного произведения этих векторов:

S ABC

=

 

1

 

AB × AC

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как

 

 

 

i

j

k

 

 

 

 

AB × AC =

 

 

= −15i −4j +k ,

 

 

 

−1 3 −3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

−1

− 4

 

 

 

 

то

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S ABC

=

 

 

 

(−15)2 +(−4)2 +12 ≈ 7,8 (кв. ед.).

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) Объем пирамиды, построенной на трех векторах, равен одной

шестой модуля смешанного произведения этих векторов:

V =

1

 

AB AC AD

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V =

1

 

−1

3

−3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

−1

− 4

 

=

 

 

−3 − 24 −8 −6

 

≈ 6,8 (куб. ед.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

2

 

 

2

−3

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) Так как в качестве направляющего вектора прямой, проходящей через заданную точку D перпендикулярно плоскости ABC, можно выбрать вектор нормали N к плоскости, то каноническое уравнение искомой прямой запишется в виде

x −5 = y − 4 = z −1. 15 4 1

21.Длина стороны ромба с острым углом 60° равна 2. Диагонали ромба пересекаются в т. М(1;2), причем большая диагональ параллельна оси абсцисс. Составить уравнения сторон ромба. Сделать чертеж.

22.Даны координаты двух вершин треугольника А(-1;3), В(2;5) и точки пересечения его высот Н(1;4). Найти координаты третьей вершины треугольника и составить уравнения его сторон. Сделать чертеж.

23. Даны уравнения сторон треугольника: x + 2 y +1 = 0 , 2x − y −2 = 0 , 2x + y + 2 = 0 . Составить уравнение высоты, опущенной на третью сторону.

33

Сделать чертеж.

24. Точка А(1;2) является серединой одного из оснований прямоугольной трапеции, а точка В(3;-1) – серединой средней линии. Боковая сторона,

перпендикулярная

основаниям,

лежит на

прямой

x +1

=

 

y −2

. Составить

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

уравнения остальных сторон трапеции. Сделать чертеж.

 

 

 

 

25. Точка А(2;0)

является

вершиной

правильного

 

треугольника, а

противолежащая ей сторона лежит на прямой x + y −1 = 0 составить уравнения двух других сторон. Сделать чертеж.

26.Даны координаты двух вершин треугольника А(2;-1), В(1;5) и точки пересечения его биссектрис L(3;0). Составить уравнения сторон треугольника. Сделать чертеж.

27.Даны две вершины треугольника А(3;-1) и В(1;4) и точка пересечения его медиан L(0;2). Найти координаты третьей вершины треугольника и составить уравнения его сторон. Сделать чертеж.

28.Точки K(1;3) и L(-1;1) являются серединами оснований равнобедренной трапеции. Точка А(-5;5) является одной из вершин трапеции, а точка Q(-3;5) лежит на боковой стороне. Составить уравнения сторон трапеции. Сделать чертеж.

29.Точка Н(-3;2) является точкой пересечения высот треугольника, две стороны которого лежат на прямых y = 2x и y = −x +3 . Составить уравнение

третьей стороны. Сделать чертеж.

30. Гипотенуза прямоугольного треугольника лежит на прямой 2x + y − 2 = 0, а

точка С(3;-1) является вершиной прямого угла. Площадь треугольника равна 94 . Составить уравнения прямых, на которых лежат катеты. Сделать чертеж.

Литература к задачам 21-30: [1], гл.5, §1,2; [2], §11-23; [3], т.1, гл.I, §2; [6], гл. II, §2; [7], ч.1, гл. II, III; [9], с.15-61; [22], §2.3.

Пример. Точка А(3;4) является вершиной квадрата, а точка O(2;2) – точкой пересечения его диагоналей. Составить уравнения сторон квадрата.

Сделать чертеж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользуемся тем свойством квадрата,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

A

 

 

 

 

что его диагонали пересекаются под прямым

 

 

 

 

 

 

 

 

углом, и при этом точка пересечения делит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диагонали пополам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем сначала координаты вершины С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

квадрата, противоположной вершине А. Для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

этого определим уравнение прямой, проходящей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

через точки А и С и отложим на ней отрезок ОС,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равный АО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

Уравнение прямой, проходящей через две

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точки, имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

x − xA

=

y − yA

, следовательно,

x −3

=

y −4

, или

xO − xA

 

−1

 

−2

 

yO − yA

 

 

−2(x −3)= −1(y −4),

 

 

 

 

 

y = 2x −2 - уравнение прямой АО.

Так как АО=ОС, то xA − xC = xO − xC , yA − yC = yO − yC , xC = 2xO − xA =1, yC = 2 yO − yA = 0.

Итак, С(1;0).

Для определения вершин В и D проведем через т. О прямую, перпендикулярную АС, и отложим на ней отрезки, равные АО, в противоположные от т. О стороны.

Как известно, угловые коэффициенты взаимно перпендикулярных прямых связаны соотношением k1 = −1k2 , следовательно, искомый

угловой коэффициент k1 = −12 , а уравнение прямой ВО имеет вид

y = − 12 x +b .

Определим значение b, зная, что данная прямая проходит через точку O(2;2):

 

2 = −

1

 

2 +b , следовательно, b = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Таким образом,

 

 

y = −

1

x +3 - уравнение прямой АО.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Отложив теперь от т. О на этой прямой отрезки длиной AO = 5 ,

получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x − 2)2 +(y −2)2 = 5 , или, возведя обе части в квадрат,

 

 

x2 −4x + y2 − 4 y +3 = 0 .

 

А

 

так как координаты точек прямой связаны соотношением

y = −

1

x +3 , то получаем

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

x

2

−5x = 0 ,

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xB = 4 , xD = 0, yB =1, yD = 3 .

Очевидно, эти две пары координат определяют вершины В(4;1) и

D(0;3).

Итак, найдены координаты всех вершин квадрата. Теперь несложно построить уравнения прямых, на которых лежат его стороны.

Прямая АВ:

35

 

x −3

=

 

 

y −4

, или y +3x −13 = 0.

1

 

 

−3

 

 

 

 

 

Прямая ВС:

 

 

x − 4

=

 

 

y −1

, или 3y − x +1 = 0 .

 

−3

 

−1

 

 

 

 

 

 

Прямая СD:

 

 

x −1

=

 

y −0

, или y +3x −3 = 0.

 

−1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

Прямая АD:

 

 

x −3

=

 

 

y − 4

, или 3y − x −3 = 0 .

 

−3

 

 

−1

 

 

 

 

 

Замечание. Можно было использовать и любые другие соотношения, позволяющие найти решение задачи, - например, использовать то свойство, что диагонали наклонены к сторонам под углом 45°; или, найдя одно из уравнений сторон, остальные можно было бы построить, используя свойства параллельных и перпендикулярных прямых, и т. п.

31-40. Линия задана уравнением ρ = ρ(ϕ) в полярной системе координат. Требуется:

1)Построить линию по точкам, начиная от ϕ = 0 до ϕ = 2π и придавая ϕ значения через промежуток π8 .

2)Найти уравнение данной линии в декартовой прямоугольной системе координат, у которой начало совпадает с полюсом, а положительная полуось абсцисс – с полярной осью.

3)По уравнению в декартовой прямоугольной системе координат определить, какая это линия.

31.

ρ =

1

 

.

32.

ρ =

2

 

.

 

 

 

3 +3cos ϕ

2 −cos ϕ

 

 

 

33.

ρ =

3

.

 

 

 

34.

ρ =

4

.

 

 

 

1−cos ϕ

 

 

 

3 + cos ϕ

 

 

 

35.

ρ =

5

 

 

 

 

.

36.

ρ =

 

6

 

 

 

.

2(1+ cos ϕ)

 

2 −3cos ϕ

37.

ρ =

7

 

 

.

38.

ρ =

8

 

 

 

 

.

3 − 4cos ϕ

5 + 2cos ϕ

39.

ρ =

9

 

 

 

.

40.

ρ =

10

 

 

.

4 −5cos ϕ

3 −3cos ϕ

Литература к задачам 31-40: [2], §24-40; [4], т.1, гл.I, §10; [5], т.I, р.I, гл.I, §5,6; гл.VI, §2-5; [9], с.61-73; [21], гл.2, §5.

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. ρ =

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 + cos ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заполним таблицу значений ρ = ρ(ϕ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

0

 

 

π

π

3

π

π

5

π

3

π

7

π

 

 

 

 

 

/8

/4

/8

/2

/8

/4

/8

 

ρ

0,4

 

 

0,41

0,42

0,46

0,5

0,55

0,61

0,65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

9π/8

 

5π/4

11π/8

3π/2

13π/8

7π/4

15π/8

2π

 

0,66

0,65

 

 

0,61

0,55

0,5

0,46

0,42

0,41

0,4

По полученным значениям строим кривую.

ϕ = π2

ϕ = 3π8

ϕ = π4

ϕ = π8

ϕ = 0; 2π

1 ρ

Теперь определим уравнение данной линии в декартовой системе координат. Так как полярные координаты связаны с декартовыми соотношениями

ρ = x2 + y2 , cos ϕ =

x

,

+ y2

x2

 

то, подставляя эти значения в исходное уравнение, получаем

x2 + y2 =

 

2

 

, или 4

x2 + y2 + x = 2 ,

 

x

 

4 +

 

 

 

x2 + y2

 

 

 

37

16(x2 + y2 )= (2 − x)2 , 15x2 + 4x +16 y2 = 4.

Выделим полный квадрат в левой части уравнения:

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

x

 

 

 

+ 2

 

 

 

 

 

x +

 

 

 

 

−

 

 

 

 

+16 y

 

= 4 ,

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

2 =

64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15 x

+

 

 

 

 

 

 

 

+16 y

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

+

 

 

 

 

 

 

 

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получили уравнение эллипса с полуосями a = 8 15, b = 2 15 и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

центром в точке

−

 

 

;0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ

41-50. Доказать совместность системы линейных уравнений и решить ее двумя способами: 1) методом Крамера; 2) Методом Гаусса.

 

2x +3y −16z = −3,

 

− 2x +5y −5z =12,

41.

x + 4 y + z =15,

42.

3x − y + 2z = −3,

 

− x −3y +12z =1.

 

x + 7 y −6z =15.

 

2x −5y −6z = −9,

 

7x − 2 y +5z = −4,

43.

2x + 2 y −3z = −7,

44.

x − y −6z = 21,

 

3x − y + z =10.

 

3x −5y +3z = 4.

 

−5x −6 y + z = 7,

 

− x + 2 y + z = 7,

45.

2x + y

= −4,

46.

2x + 4 y + z =1,

 

x +5y − z = 3.

 

3x + y +3z = −18.

 

3x − y + 2z = −1,

 

x −5y + 7z = 20,

47.

x + 2 y +10z = 2,

48.

−3x + 4 y +3z = −1,

 

4x − y −3z = 6.

 

5x − y + 2z =10.

 

− x +8y +5z =1,

 

4x −11y + 2z = −1,

49.

2x +3y − z = 7,

50.

x − 2 y + z = −7,

 

3x − 2 y −13z = −1.

 

6x −9 y + 2z = 3.

38

Литература к задачам 41-50: [3], т.1, гл.I, §5; [5], т.I, р.I, гл.II, §2,6; [6], гл.IV, §2; [8], гл.2, §4; [9], с.124-139; [12], §1.9,1.10; [21], гл.3, §3; [22], §1.3.

Пример.

2x −3y + z = 2;x + 5y − 4z = −5;

4x + y −3z = −4.

Метод Крамера рассматривался в примере к задачам № 1-10, поэтому перейдем к решению системы методом Гаусса.

Перепишем систему в следующем виде:

x + 5y − 4z = −5;2x −3y + z = 2;

4x + y −3z = −4.

Теперь будем приводить систему к треугольному виду, последовательно исключая неизвестные. Начнем с исключения, например, неизвестной х во втором и третьем уравнениях. Для этого сначала прибавим ко второму уравнению первое, умноженное на (− 2), и запишем полученное уравнение вместо второго, а к третьему – первое, умноженное на (− 4), и запишем результат на место третьего уравнения. Первое уравнение оставим в неизменном виде. Таким, образом, получаем следующую систему:

x + 5y − 4z = −5;

 

−13y + 9z =12;

 

 

−19 y +13z =16.

 

Теперь, оставляя в неизменном виде первое и второе уравнения,

исключаем переменную y в третьем. Для этого к третьему уравнению,

умноженному на 13, прибавляем второе, умноженное на

(−19).

Получаем:

 

 

x

+ 5y − 4z = −5;

 

 

−13y + 9z =12;

 

 

 

 

− 2z = −20.

 

 

 

Из последнего уравнения сразу следует значение неизвестной z. Подставляя его во второе уравнение, получаем y, а из первого уравнения после этого находим x:

x =5;y = 6;

z =10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

51-60. Найти

собственные

значения и

собственные

векторы линейного

преобразования, заданного в некотором базисе матрицей А.

 

 

−1 4

0

 

 

 

 

0

 

2

 

0

51.

A =

−1

3

0 .

 

 

52.

A =

−1

 

−3

 

0 .

 

 

 

3 2

2

 

 

 

 

 

 

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

3

0

0

 

 

 

 

 

 

5

3

4

 

 

53.

A =

1

2

3 .

 

 

54.

A =

1

3

2

.

 

 

 

3

0

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 −1 − 2

 

 

 

 

−1 4

 

8

55.

A =

0

 

− 2

1 .

 

 

56.

A =

4

 

−7

 

4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

4

 

 

 

 

 

0 − 4 3

 

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

−1 5

0

 

 

 

 

−3 0 5

57.

A =

0

2

0 .

 

 

58.

A =

2

 

4

4 .

 

 

 

0

3

4

 

 

 

 

 

 

1

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1 3 3

 

 

 

 

0 2 9

 

59.

A =

0

 

− 2

0 .

 

 

60.

A =

0

3

0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 1 0

 

 

 

 

 

− 2 3 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература к задачам 51-60: [3], т.1, гл.III, §3; [6], гл.XI, §1; [12], §1.12;

[21], гл.1, §4; [22], §1.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

−7

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. A =

−3

1

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для определения собственных чисел λ матрицы А составим и

 

 

решим характеристическое уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 −λ

−7

 

0

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−3

1−λ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

6

−3 −λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раскрывая определитель по элементам третьего столбца, получим

 

 

 

 

(5 −λ)(1−λ)(−3 −λ)

−21(−3 −λ)= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решая уравнение, находим λ1 = −3 , λ2 = −2 , λ3 = 8.

 

 

 

 

Координаты собственных векторов, соответствующих найденным

 

 

собственным числам, определим из системы уравнений

 

 

 

 

(5 −λ)x −7 y + 0 z = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−3x + (1−λ)y + 0 z = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12x + 6 y +(−3 −λ)z = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

Подставляя в систему λ1 = −3 , получаем

8x1 −7 y1 + 0 z1 = 0,

−3x1 + 4 y1 + 0 z1 = 0,12x1 + 6 y1 + 0 z1 = 0.

Решая эту однородную систему, имеем x1 = 0, y1 = 0, z1 = t , t R .

Следовательно, первым собственным вектором преобразования А является

0 X1 = 0 .

t

Нормируя вектор X1, найдем соответствующий единичный вектор

i1 = X1 . X1

Так как X1 = t , то i1 = {0,0,1}.

Подставив в систему λ2 = −2 , найдем координаты второго собственного вектора:

7x1 −7 y1 + 0 z1 = 0,−3x1 +3y1 + 0 z1 = 0,12x1 + 6 y1 − z1 = 0.

Решение

системы:

x2 = t, y2 = t, z2 =18t ,

t R .

Второй

собственный вектор

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

2

= t

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18t

 

 

 

Так как X2 = t 326 , то i2

При λ3 = 8 получаем

−3x1 −7 y1 + 0 z1 = 0,−3x1 −7 y1 + 0 z1 = 0,

12x1 + 6 y1 −11z1 = 0.

Решение этой системы: собственный вектор

 

 

 

7t

 

X

 

 

 

 

3

=

−3t .

 

 

6t

 

 

 

 

 

=

X

2

 

1

,

1

,

18

 

 

=

326

326

326

.

 

X2

 

 

 

 

x3 = 7t, y3 = −3t, z3 = 6t , t R . Третий