MB141, zkouška 5. 6. 2020 Příklad. 1A. V prostoru ]R4[x] polynomů stupně nejvýše 4 najděte báze a dimenze podpro-storů P={/GE4[x];/(l) = /(0), /(-l) = /(o)}, 2] a báze a dimenze jejich průniku a součtu. Řešení. Koeficienty polynomu f{x) = a4x4 + a3x3 + a2^2 splňují homogenní soustavu dvou rovnic s maticí '1 1 1 1 (A A 1 1 1 0 1 -1 1 -1 0 j ~ VO 1 0 1 0 dix + a0 z podprostoru P Proto (04, 03, 02, o-i, a-o) = (p, Q, —p, —Q, r), kde p,q,r G IR jsou parametry. Tedy báze podprostoru P je x4 — x2, x3 — rr, 1. Polynomy označme /1, /2, f3. Polynomy generující podprostor Q jsou lineárně nezávislé, tvoří tedy jeho bázi. Označme je 01,02,03- Polynomy z P D Q jsou tvaru p = c\j\ + C2/2 + C3/3 = cři0i + <Í202 + <^303- To vede na homogenní soustavu 5 rovnic o 6 neznámých ci, c2, c3, di, d2, d3, která má matici / 1 0 -1 0 V 0 0 o 1 o o o -1 o o 1 1 o -3 0 2 0 0 1 o -1 1 \ 2 -3 -2 2/ / 1 0 0 0 1 o o o 1 \ o o o 1 o 2 -2 0 0 -1 1 1 \ 2 2 "2/ Řešení této soustavy je (di, d2,d3) = (p, 2p + 2q, q), kde p, q E IR jsou parametry. To dává x 2xd x 2x nebo také x4 2 3 /■>>y _ >• bázi průniku gx + 202 = x — x , 2g2 + 03 Z předchozí soustavy plyne, že P + Q = [fu f2, f3, gi,g2, g3] = [fi, f2, f3, gi}. Poslední čtyři polynomy tvoří bázi P + Q. □ Bodování. Rovnice pro P 2 body, řešení 2 body, báze v polynomech 4 body. Je-li báze jako pětice koeficientů tak pouze 2 body. Dimenze a báze Q 2 body. Báze P fl Q. Soustava 3 body, řešení 3 body, báze v polynomech 4 body. Za pětice koeficientů pouze 2 body. Báze součtu 5 bodů. Je-li u součtu nebo průniku spočtena pouze dimenze podle správné formule, tak 2 body. □ 1 Příklad. 1B. V prostoru ]R4[x] polynomů stupně nejvýše 4 najděte báze a dimenze podpro-storů R ={g e M4[4 g{l) = g(0), g(-l) = 0}, X 1] a0 z podprostoru R S =[x4 - 3x2 + l,2x2 a báze a dimenze jejich průniku a součtu. Řešení. Koeficienty polynomu g{x) = a4x4 + a3x3 + a2:r2 + aix splňují homogenní soustavu dvou rovnic s maticí '1 1 1 1 (A A 1 1 1 0 1 -1 1 -1 1J ~ ^0 2 0 2 -1 , —2p —2r), kde p, q,r E IR jsou parametry. Tedy báze podprostoru R je x4 — xA — 2, x4 — x2,x4 — x — 2. Polynomy označme gi, g2, g%. Polynomy generující podprostor S jsou lineárně nezávislé, tvoří tedy jeho bázi. Označme je huh2,h3. Polynomy z R n S jsou tvaru p = c\g\ + c2g2 + C3(?3 = d\h\ + ^2^2 + ^3^3- To vede na homogenní soustavu 5 rovnic o 6 neznámých ci, c2, c3, cři, cř2, ^3, která má matici Proto (a4, a3, a2, ^i, a0) = (p+q + r, -p, -q, ( \ 1 -1 0 o 2 1 0 -1 o o 1 o -3 0 1 o o 2 0 -1 1 \ 1 -3 -1 \ -1 0 0 0 o -1 o o o -3 0 1 0 2 0 -1 1 \ -3 -1 Řešení této soustavy je (di, d2, ds) = (p — q,p, q), kde p,qeR jsou parametry. To dává x x. bázi průniku hi + h2 = x — x , —hi + h3 Z předchozí soustavy plyne, že R + S = [gi, g2, g3, hi, h2, h3] = [gi,g2, g3, hi]. Poslední čtyři polynomy tvoří bázi R + S. □ Bodování. Rovnice pro R 2 body, řešení 2 body, báze v polynomech 4 body. Je-li báze jako pětice koeficientů tak pouze 2 body. Dimenze a báze S 2 body. Báze R fl S. Soustava 3 body, řešení 3 body, báze v polynomech 4 body. Za pětice koeficientů pouze 2 body. Báze součtu 5 bodů. Je-li u součtu nebo průniku spočtena pouze dimenze podle správné formule, tak 2 body. □ 3 Příklad. 1C. V prostoru ]R4[x] polynomů stupně nejvýše 4 najděte báze a dimenze podpro-storů U ={h e R4[x]; h(-l) = h(0), h(l) = 0}, + 2x + 1] aix + a0 z podprostoru U V = [x4 + 2x3 - + 1, 2x3 + l,x4 - x' a báze a dimenze jejich průniku a součtu. Řešení. Koeficienty polynomu h(x) = a4x4 + a3x3 + a2^2 splňují homogenní soustavu dvou rovnic s maticí 'i -i i -i o\ A -11-10 vi i i i íy ~ 2 o 2 i Proto (04,03, <22, aij ao) = (p — q + r,p.q, r, —2p — 2r), kdep, q,r G IR jsou parametry. Tedy báze podprostoru U je rr x 2,x4 1 4 1 2. Polynomy označme hi,h2,h3. Polynomy generující podprostor V jsou lineárně nezávislé, tvoří tedy jeho bázi. Označme je 01,02,03- Polynomy z U fl V jsou tvaru p = c\h\ + c2/?-2 + £3/2.3 = ^i0i + ^202 + ^303- To vede na homogenní soustavu 5 rovnic o 6 neznámých ci, c2, c3, cři, cř2, ^3, která má matici 1 1 1 1 0 1 \ 1 0 0 2 2 0 0 -1 0 -1 0 -1 0 0 1 0 0 2 v -2 0 -2 1 1 /1 0 0 2 2 0\ 0 -1 0 -1 0 -1 0 0 1 0 0 2 1° 0 0 1 1 Řešení této soustavy je (di,d2, d3) bázi průniku gi — g2 = x4 — x2, gi — g3 Z předchozí soustavy plyne, že U + V = [hi, h2, h3, gi, g2,03 čtyři polynomy tvoří bázi U + V. (p + <7> ~V-> —Q)' kde p,q E IR jsou parametry. To dává 2x3 — 2x nebo také x4 — x2, x3 — x. [hi, h2,h3,01]. Poslední □ Bodování. Rovnice pro U 2 body, řešení 2 body, báze v polynomech 4 body. Je-li báze jako pětice koeficientů tak pouze 2 body. Dimenze a báze V 2 body. Báze U fl V. Soustava 3 body, řešení 3 body, báze v polynomech 4 body. Za pětice koeficientů pouze 2 body. Báze součtu 5 bodů. Je-li u součtu nebo průniku spočtena pouze dimenze podle správné formule, tak 2 body. □ 4 Příklad. 2A. Ukažte, že matice je ortogonální, a zjistěte, jaké geometrické zobrazení v S3 popisuje předpis ip(x) = Ax, kde x = (xi, x2, x3)T je sloupec standardních souřadnic v £3. Řešení. Sloupce matice jsou na sebe kolmé a mají jednotkovou velikost. Proto je matice ortogonální. Spočítáme determinant matice A. Ten je roven 1, proto musí mít matice vlastní číslo 1 a proto je také dané zobrazení otočení kolem osy procházející počátkem se směrovým vektorem, který je vlastním vektorem k vlastnímu číslu 1. Spočítáme vlastní vektor k vlastnímu číslu 1. Jsou to násobky vektoru u = (1,1, 3)T. Je dobré provést kontrolu tím, že se přesvědčíme, že skutečně Au = u. Nyní zjistíme úhel otočení a. Vezmeme nějaký nenulový vektor kolmý k u, např. v = (1,-1, 0)T. Spočítáme V 3'3' 3J Cosinus úhlu otočení bude (v, Av) 5 cos a = -—-———- = —. \\u\\ ■ \\Av\\ 6 Závěr: Dané zobrazení je otočení kolem osy [0, 0,0]+a(l, 1, 3) o úhel a, kde cos a = — |. □ Bodování. Kontrola ortogonality 3 body. Výpočet determinantu 3 body. Úvaha, že jde o otočení kolem osy určené vlastním vektorem k 1 2 body. Výpočet vlastního vektoru k 1: soustava 3 body, výsledek 3 body. Volba kolmého vektoru v a jeho zobrazení Av 6 bodů. Výpočet cosinu úhlu otočení 3 body, explicitní popis osy otáčení 2 body. □ 5 Příklad. 2B. Ukažte, že matice 1 (~2 2 B=3\ 2 1 á \ 12 je ortogonální, a zjistěte, jaké geometrické zobrazení v £3 popisuje předpis