Главная / Математика /
Линейная алгебра / Тест 10
Линейная алгебра - тест 10
Упражнение 1:
Номер 1
Какое доказательство, из ниже перечисленных, доказывает теорему:"Матрица проектора P в некотором базисе имеет вид
"?
Ответ:
 
(1) если

, то

.

состоит из векторов

, т.е.

. Аналогично

. 
 
(2) любой вектор

можно представить в виде

, где

и

. Кроме того, если

, то

. В самом деле, тогда

и

, поэтому

. Следовательно,

. Выберем в качестве базиса V объединение базисов Im P и Ker P. Вэтом базисе матрица оператора P имеет требуемый вид. 
 
(3) Выберем в пространстве W ортонормированный базис

. Рассмотрим вектор

. Условие

означает, что
, т.е.

. Выбрав такие числа

, получим требуемый вектор

. 
Номер 2
Какое доказательство, из ниже перечисленных, доказывает теорему:"Если P-проектор, I-P - тоже проектор, причем Ker (I-P)=Im P и Im (I-P")=Ker P"?
Ответ:
 
(1) если

, то

.

состоит из векторов

, т.е.

. Аналогично

. 
 
(2) любой вектор

можно представить в виде

, где

и

. Кроме того, если

, то

. В самом деле, тогда

и

, поэтому

. Следовательно,

. Выберем в качестве базиса V объединение базисов Im P и Ker P. Вэтом базисе матрица оператора P имеет требуемый вид. 
 
(3) Выберем в пространстве W ортонормированный базис

. Рассмотрим вектор

. Условие

означает, что
, т.е.

. Выбрав такие числа

, получим требуемый вектор

. 
Номер 3
Какое доказательство, из ниже перечисленных, доказывает теорему:"Для любого вектора
существует единственная ортогональная проекция на подпространство W"?
Ответ:
 
(1) если

, то

.

состоит из векторов

, т.е.

. Аналогично

. 
 
(2) любой вектор

можно представить в виде

, где

и

. Кроме того, если

, то

. В самом деле, тогда

и

, поэтому

. Следовательно,

. Выберем в качестве базиса V объединение базисов Im P и Ker P. Вэтом базисе матрица оператора P имеет требуемый вид. 
 
(3) Выберем в пространстве W ортонормированный базис

. Рассмотрим вектор

. Условие

означает, что
, т.е.

. Выбрав такие числа

, получим требуемый вектор

. 
Упражнение 2:
Номер 1
Какие операторы являются линейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Номер 2
Какие операторы являются линейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Номер 3
Какие операторы являются линейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Упражнение 3:
Номер 1
Какие операторы являются нелинейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Номер 2
Какие операторы являются нелинейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Номер 3
Какие операторы являются нелинейными?
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
 
(6) 
 
Упражнение 4:
Номер 1
Оператор Будет оператором:
Ответ:
 (1) проецирования на ось ОХ 
 (2) отражения относительно плоскости YOZ 
 (3) поворота относительно оси OX 
Номер 2
Оператор Будет оператором:
Ответ:
 (1) отражения относительно плоскости y-z=0 
 (2) поворота относительно оси OZ 
 (3) проецирования на плоскость y+z=0 
Номер 3
Оператор Будет оператором:
Ответ:
 
(1) поворота относительно оси OY на угол

 
 (2) проецирования на плоскость x+y=0 
 (3) отражения относительно плоскости y-z=0 
Упражнение 5:
Номер 1
Какое собственное значение будет иметь матрица порядка n.
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
Номер 2
Какое собственное значение будет иметь матрица порядка n.
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
Номер 3
Какое собственное значение будет иметь матрица порядка n.
Ответ:
 
(1) 
 
 
(2) 
 
 
(3) 
 
Упражнение 6:
Номер 1
Выберите верные утверждения:
Ответ:
 
(1) ортогональную матрицу Q можно определить как такую матрицу, для которой транспонированная матрица

равна обратной матрице

 
 (2) квадратная матрица Q тогда и только тогда будет ортогональной, если сумма квадратов всех элементов любой ее стороны равна 0, а сумма произведений соответственных элементов любых двух ее различных строк равна 1 
 (3) квадратная матрица Q тогда и только тогда будет ортогональной, если сумма квадратов всех элементов любой ее стороны равна 1, а сумма произведений соответственных элементов любых двух ее различных строк равна 0 
Номер 2
Выберите не верные утверждения:
Ответ:
 
(1) ортогональную матрицу Q можно определить как такую матрицу, для которой транспонированная матрица

равна обратной матрице

 
 (2) квадратная матрица Q тогда и только тогда будет ортогональной, если сумма квадратов всех элементов любой ее стороны равна 0, а сумма произведений соответственных элементов любых двух ее различных строк равна 1 
 (3) квадратная матрица Q тогда и только тогда будет ортогональной, если сумма квадратов всех элементов любой ее стороны равна 1, а сумма произведений соответственных элементов любых двух ее различных строк равна 0 
Номер 3
Выберите верные утверждения:
Ответ:
 
(1) определитель ортогональной матрицы равен

 
 (2) всякое ортогональное преобразование неизвестных является невырожденным 
 
(3) не всякая матрица с определителем равным

, будет ортогональной 
Упражнение 7:
Номер 1
Какое доказательство, из ниже переичсленных, доказывает, что для нормального оператора в унитарном пространстве существует ортонормированный базис из собственных векторов?
Ответ:
 
(1) пусть

. Тогда

и
. Следовательно,

. 
 (2) инвариантное подпространство для нормального оператора инвариантно и для сопряженного и ограничение нормального оператора на инвариантном подпространстве нормально. Поэтому, пространство можно разбивать в прямую ортогональную сумму инвариантных подпространств до тех пор, пока не придем к одномерным подпространствам. 
 
(3) для любой нормальной матрицы А существует унитарная матрица С такая, что

диагональна. Именно, в качестве С можно взять матрицу преобразования от исходного базиса к ортонормированному базису из собственных векторов. 
Номер 2
Какое доказательство, из ниже переичсленных, доказывает, что ортогональность собственных векторов нормального оператора в унитарном пространстве, принадлежит различным собственным значениям?
Ответ:
 
(1) пусть

. Тогда

и
. Следовательно,

. 
 (2) инвариантное подпространство для нормального оператора инвариантно и для сопряженного и ограничение нормального оператора на инвариантном подпространстве нормально. Поэтому, пространство можно разбивать в прямую ортогональную сумму инвариантных подпространств до тех пор, пока не придем к одномерным подпространствам. 
 
(3) для любой нормальной матрицы А существует унитарная матрица С такая, что

диагональна. Именно, в качестве С можно взять матрицу преобразования от исходного базиса к ортонормированному базису из собственных векторов. 
Номер 3
Какое доказательство, из ниже переичсленных, доказывает, что, евклидово пространство, в котором определен нормальный оператор А,раскладывается в прямую ортогональную сумму инвариантных одномерных и двумерных неприводимых подпространств?
Ответ:
 
(1) пусть

. Тогда

и
. Следовательно,

. 
 (2) инвариантное подпространство для нормального оператора инвариантно и для сопряженного и ограничение нормального оператора на инвариантном подпространстве нормально. Поэтому, пространство можно разбивать в прямую ортогональную сумму инвариантных подпространств до тех пор, пока не придем к одномерным подпространствам. 
 
(3) для любой нормальной матрицы А существует унитарная матрица С такая, что

диагональна. Именно, в качестве С можно взять матрицу преобразования от исходного базиса к ортонормированному базису из собственных векторов. 
Упражнение 8:
Номер 1
Доказательство, какого следствия приведено ниже: Если
- угол между вектором
и подпространством W, то
?
Ответ:
 
(1) 
причем равенство достигается только при

 
 (2)  
 
(3) для ортогональных векторов

в

m-мерное подпространство W, образующее с ними данные углы

, существует тогда и только тогда, когда
при i=1,...,n. 
Номер 2
Доказательство, какого следствия приведено ниже: вектор
ортогонален всему пространству V.
Ответ:
 
(1) если

- ортонормированный базис пространства V и

, то

 
 
(2) если w и

- ортогональные проекции вектора

на подпространства W и

, то

 
 (3)  
Номер 3
Доказательство, какой теоремы приведено ниже: Пусть
и
. По определению
, поэтому
Ответ:
 
(1) если

- ортонормированный базис пространства V и

, то

 
 
(2) если w и

- ортогональные проекции вектора

на подпространства W и

, то

 
 
(3) если

- ортогональная проекция вектора

на подпространство W и

, то
 
Упражнение 9:
Номер 1
Как будет выглядеть матрица X в уравнении
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 2
Как будет выглядеть матрица X в уравнении
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 3
Как будет выглядеть матрица X в уравнении
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Упражнение 10:
Номер 1
Какая матрица, является обратной матрице
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 2
Какая матрица, является обратной матрице
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 3
Какая матрица, является обратной матрице где 
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Упражнение 11:
Номер 1
Чему будет равен ранг матрицы
Ответ:
 (1) 3 
 (2) 2 
 (3) 6 
Номер 2
Чему будет равен ранг матрицы
Ответ:
 (1) 1 
 (2) 2 
 (3) 5 
Номер 3
Чему будет равен ранг матрицы
Ответ:
 (1) 1 
 (2) 2 
 (3) 3 
Упражнение 12:
Номер 1
Какая система линейных уравнений, из ниже перечисленных, не имеет решений?
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 2
Какая система линейных уравнений, из ниже перечисленных, не имеет решений?
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)  
Номер 3
Какая система линейных уравнений, из ниже перечисленных, не имеет решений?
Ответ:
 (1)  
 (2)  
 (3)