LinAlg Ugeopgave 5
Transcription
LinAlg Ugeopgave 5
LinAlg Ugeopgave 5 Opgaven besvares individuelt. Besvarelsen skal afleveres i ét eksemplar til klasselæreren senest i starten af første klassetime i uge 7 (5./6. januar 2015). Der skal anvendes en særlig forside som kan hentes på: http://www.math.ku.dk/kurser/2014-15/blok2/linalg/FORSIDE/forside.pdf. Det er klasselæreren på de enkelte klasser, der afgør om det er 5.2(i) eller 5.2(ii) der skal regnes. 5.1 Betragt vektorerne 1 −1 0 0 1 1 0 0 a1 = 0 , a2 = 0 , a3 = 1 , a4 = 1 0 0 1 −1 i R4 , der udstyres med det sædvanlige skalarprodukt x1 y1 x2 y2 x · y = x1 y1 + x2 y2 + x3 y3 + x4 y4 , x= x3 , y = y3 . x4 y4 Vi definerer f : R4 → R4 ved f (x) = (x · a2 ) a1 + (x · a3 ) a2 + (x · a4 ) a3 . (a) Redegør for, at A = (a1 , a2 , a3 , a4 ) er en ortogonal basis for R4 . (b) Redegør for, at f er lineær. (c) Bestem den matrix A der beskriver f med hensyn til basen A = (a1 , a2 , a3 , a4 ), og den matrix B der beskriver f med hensyn til den sædvanlige basis E = (e1 , e2 , e3 , e4 ) for R4 ; dvs. A = A [f ]A , B = E [f ]E . (d) Bestem, f.eks. ved at anvende Maple, matricerne A2 , A3 , A4 . 1 (e) Bestem dimensionen af billedet f ◦n (R4 ) for alle n ∈ N, idet f ◦1 = f, f ◦2 = f ◦ f, f ◦3 = f ◦ f ◦ f, ... 5.2(i) Betragt vektorrummet af trigonometriske polynomier TrigN (R) af orden højst N defineret i Opgave 4.2 fra Ugeopgave 4. Vi kalder et element i rummet for et signal for at understrege anvendelsen til f.eks. repræsentation af lyd. Betragt delmængden S3 = {a0 + a1 cos(x) + a2 cos(2x) + a3 cos(3x) | a0 , a1 , a2 , a3 ∈ R} . √ Lad v0 (x) = 1/ 2 og vk (x) = cos(kx) for k = 1, 2, 3, og sæt V = v0 , v1 , v2 , v3 . (a) Vis at S3 er et underrum af Trig3 (R). Det kan vises (men det forlanges ikke udført) at Z π s1 (x)s2 (x)dx, s1 · s2 = s1 , s2 ∈ S3 , −π definerer et indre produkt på S3 . (b) Vis, evt. ved brug af Maple, at ( π vi · vj = 0 hvis i = j ellers. Konkluder at V er en ortogonal basis for S3 . (c) Vis at for s1 , s2 ∈ S3 gælder 1 s1 · s2 = π V [s1 ] · V [s2 ] Husk at V [s] er koordinatvektoreren for s med hensyn til basen V. (d) Betragt afbildningen D : S3 → S3 givet ved D(u)(x) = u00 (x). Vis at D er lineær og find matrixrepræsentationen V [D]V for D med hensyn til basen V. 2 5.2(ii) Mængden Pol3 (R) af reelle polynomier af grad højst 3 er et reelt vektorrum, når vi på sædvanlig vis definerer sum og multiplikation ved (p + q)(x) = p(x) + q(x), (λp)(x) = λp(x), for p, q ∈ Pol3 (R) og λ ∈ R. Betragt afbildningen L : Pol3 (R) → Pol3 (R) givet ved L(p)(x) = 1 1 p(x) + p(1 − x), 2 2 p ∈ Pol3 (R), x ∈ R. (a) Vis at L er en lineær afbildning. (b) Vis at B1 = 1, x, x2 , x3 og B2 = 1, 1−x, (1−x)2 , (1−x)3 begge er baser for Pol3 (R). (c) Find matrixrepræsentationerne for L i de 2 baser B1 og B2 , dvs find matricerne A := B1 [L]B1 og B := B2 [L]B2 . (d) Vis, evt. ved brug af Maple, at A2 = A og at B 2 = B. (e) Vis at L ◦ L = L. 3