Giáo trình Toán cáo cấp - Chương 1: Hệ phương trình tuyến tính

tập E =  (x1, x2, x3)R3 : ∣∣∣∣∣∣ x1 x2 x3 1 2 1 2 1 2 ∣∣∣∣∣∣ = 0   Chứng minh rằng E là không gian con của R3. Tìm số chiều và một cơ sở của E Bài tập 4.31 Tìm tọa độ của các vectơ đối với cơ sở tuơng ứng được cho dưới đây a. u = (9, 1, 5) với cơ sở của R3 là B = {(−1; 2; 1), (2;−5;−3), (5;−7;−3)} b. u = 7e1 + 5e2 − e3, với cơ sở của R3 là B = {e1, e1 + e2, e1 + e2 + e3} c. p(x) = 5x2 − 2x+ 3, với cơ sở của P2[x] là B = {1, 1 + x, 1 + x2} d. u = av1 + bv2 + cv3, với cơ sở C = {v1 + v2, v1 − v2, v3}, trong đó B = {v1, v2, v3} là một cơ sở của R3 e. A = [ 1 −2 3 4 ] ∈M(2, 2) đối với cơ sở B = {[ 0 1 1 0 ] , [ 0 −1 0 0 ] , [ 1 −1 0 3 ] , [ 0 1 0 1 ]} . Bài tập 4.32 Hãy tìm vectơ, biết cơ sở B và B-tọa độ của vectơ đó trong mỗi trường hợp sau: a. B = {(1;−4; 3), (5; 2;−2), (4;−7; 0)} và (x)B = (3; 0;−1) 20 Chương 4. KHÔNG GIAN VÉC TƠ b. B = {(−1; 2; 0), (3;−5; 2), (4;−7; 3)} và (x)B = (−4; 8;−7) c. B = {x+ x2, x− x2, 1 + x} và (p(x))B = (3; 1; 2) Bài tập 4.33 Trong P2[x], cho p1(x) = x2 − 1, p2(x) = x2 + x+ 1, p3(x) = x2 −mx− 3. a. Với giá trị nào của m thì p1, p2, p3 trở thành cơ sở của P2[x]? b. Với m = 2, hãy biểu diễn p(x) = 3x2 + x+ 1 theo p1, p2, p3. Bài tập 4.34 Cho E =     2a+ b− ca− 2b −3a− 4b+ 2c   ∈ R3 : a, b, c ∈ R   ⊂ R3. 1. Chứng minh E là một không gian con của R3. 2. Tìm một cơ sở và số chiều của E. Bài tập 4.35 Cho không gian vectơ P3[x]- không gian các đa thức bậc không quá 3. a. Chứng minh rằng B = {1, 1− x, (1− x)2, (1− x)3} là cơ sở của P3[x]. b. Tìm tọa độ của vectơ u = 2− 3x− x2 − 2x3 đối với cơ sở B. Bài tập 4.36 1. Chứng minh E = {[ a b c d ] ∈ M(2, 2) : a− 2c+ d = 0 } là một không gian con của M(2, 2). 2. Trong không gian véc tơ P2[x] cho tập B = {1, 1 + x, (1 + x)2} . a. Chứng minh B là cơ sở của P2[x]. b. Tìm tọa độ của p(x) = −x2 + 4 đối với cơ sở B. Bài tập 4.37 Cho B = {b1, b2, b3} và C = {c1, c1, c3} là hai cơ sở của không gian vectơ V. Giả sử b1 = 4c1 − c2; b2 = −c1 + c2 + c3; b3 = c2 − 2c3. a. Tìm ma trận chuyển tọa độ từ cơ sở B sang cơ sở C . b. Tìm [x]C biết x = 3b1 + 4b2 + b3. Bài tập 4.38 Cho B = {(1; 2; 0), (1; 3; 2), (0; 1; 3)} là một cơ sở của R3. a. Tìm ma trận chuyển cơ sở từ cơ sở chính tắc E sang cơ sở B. b. Tìm ma trận chuyển cơ sở từ cơ sở B sang cơ sở chính tắc E . Bài tập 4.39 Tìm ma trận chuyển cơ sở từ B sang C với: a. B = {b1 = (1; 1), b2 = (1; 0)} và C = {c1 = (0; 1), c2 = (1; 1)} b. B = {b1 = (1; 0; 1), b2 = (1; 1; 0), b3 = (0; 1; 1)} và C = {c1 = (0; 1; 1), c2 = (1; 1; 0), c3 = (1; 0; 1)} Chương 5 ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Bài tập 5.1 Cho mỗi ánh xạ sau đây, hãy chứng minh nó là ánh xạ tuyến tính hoặc chỉ ra tại sau nó không phải là ánh xạ tuyến tính. a. f : R2 → R, f(x, y) = 3x+ 2y. b. f : R2 → R2, f(x, y) = (xy, 0) c. f : Pn → Pn+1, f(p(x)) = (x+ 1)p(x) d. f : Pn → R, f(p(x)) = 1∫ 0 p(x)dx e. f : Pn → Pn, f(p(x)) = p′(x) + (5x+ 2) với p′(x) là đạo hàm của p(x) f. f : R3 → R3, f(x, y, z) = (y + z, x+ z, x+ y) g. f :M(n,m)→ M(m,n), f(A) = AT h. f :M(n, n)→ R, f(A) = det(A) Bài tập 5.2 Chứng minh mỗi ánh xạ sau đây là ánh xạ tuyến tính rồi tìm nhân, ảnh của nó. a. f : P2[x]→ P2[x], f(ax2 + bx+ c) = (a+ b)x2 + bx+ 2c b. f : P3[x]→M(2, 2), f(ax3 + bx2 + cx+ d) = [ 0 b c d+ 2a ] c. f : Pn[x]→ R, f(p(x)) = 1∫ 0 p(x)dx d. f :M(2, 2)→ M(2, 2), f(A) = A+ AT e. T : F→ F, T (f) = 2f Bài tập 5.3 Cho ánh xạ T :M(2, 2)→M(2, 2) được xác định bởi T (A) = A + AT trong đó A = [ a b c d ] . 21 22 Chương 5. ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH a. Chứng minh rằng T là ánh xạ tuyến tính. b. Giả sử B ∈M(2, 2) sao cho BT = B. Tìm A ∈M(2, 2) để T (A) = B. c. Chứng minh rằng ImT = {B ∈M(2, 2) : BT = B}. d. Tìm KerT . Bài tập 5.4 Ánh xạ tuyến tính f : P2[x]→ [R]2 thỏa mãn f(1) = [ 1 1 ] , f(x) = [ −1 1 ] , f(x2) = [ 1 1 ] Tìm f(p), p = a + bx+ cx2. Bài tập 5.5 Cho ánh xạ f : R3 → R3 được xác định bởi f(x1, x2, x3) = (x1 + 2x2 − x3; x2 + x3, x1 + x2 − 2x3) a. Chứng minh f là ánh xạ tuyến tính. b. Tìm cơ sở và số chiều của Kerf Bài tập 5.6 Cho ánh xạ T : [R]4 → [R]3, được xác định bởi ma trậnchính tắc A =  1 2 3 11 3 5 −2 3 8 13 −3   Tìm cơ sở và số chiều của KerT và ImT Bài tập 5.7 Cho ánh xạ T : R3 → R3, được xác định bởi ma trận chính tắc A =  1 2 53 5 13 −2 −1 −4   Tìm cơ sở và số chiều của KerT và ImT Bài tập 5.8 Chứng minh rằng mỗi ánh xạ sau đây là ánh xạ tuyến tính rồi tìm nhân của mỗi ánh xạ. a. f :M(2, 3)→M(2, 3), f ([ a b c d e f ]) = [ d e f 0 0 0 ] b. f : M(3, 3) → R, f(A) = a11 + a22 + a33 (Ảnh của ma trận A là tổng các phần tử trên đường chéo). c. f :M(3, 3)→M(3, 3), f(A) = 1 2 (A + AT ) Bài tập 5.9 Chứng minh rằng mỗi ánh xạ sau là ánh xạ tuyến tính bằng cách chỉ ra nó là ánh xạ ma trận. 23 a. T : [R]3 → [R]3, T   x1x2 x3   =   x3x2 x1   b. T : [R]2 → [R]4, T ( x1 x2 ) =   5x2 − x1 0 3x1 + x2 x1   c. T : [R]3 → [R]3, T   x1x2 x3   =   2x1 + x34x2 + 3x3 x1 + x2 + x3   d. T : [R]4 → [R]3, T   x1 x2 x3 x4   =   x1 − x3x2 − x4 x1 − x2 + x3 − x4   e. T : [R]4 → [R]1, T   x1 x2 x3 x4   = [ 2x1 − x2 + 3x3 − 5x4 ] Bài tập 5.10 a. Cho T : R2 → R2 là ánh xạ tuyến tính sao cho T (x1; x2) = (x1 + x2; 4x1 + 7x2) Tìm vectơ x thỏa T (x) = (−2;−5). b. Cho T : R2 → R3 là ánh xạ tuyến tính sao cho T (x1; x2) = (x1 + 2x2;−x1 − 3x2;−3x1 − 2x2) Tìm vectơ x thỏa T (x) = (−4; 7; 0). Bài tập 5.11 Giả sử T là ánh xạ tuyến tính từ Rn vào Rm tương ứng: a. Cho T (1; 0) = (3; 1) và T (0; 1) = (−2; 5). Hãy tìm T (4;−6). b. Cho T (−1; 0) = (2; 3) và T (0; 1) = (5; 1). Hãy tìm T (−3;−5). c. Cho T (1; 0; 0) = (−3; 1), T (0; 1; 0) = (−4; 1), T (0;−1; 1) = (3;−5). Hãy tìm T (−1; 4; 2) d. Cho T (1; 2;−3) = (1; 0; 4; 2), T (3; 5; 2) = (−8; 3; 0; 1),T (−2;−3;−4) = (0; 2;−1; 0). Hãy tìm T (5;−1; 4) Bài tập 5.12 Hãy tìm ma trận chính tắc của ánh xạ tuyến tính T : [R]n → [R]m tương ứng, xác định bởi công thức sau: a. T : [R]2 → [R]2, T ( x1 x2 ) = [ 2x1 + x2 x1 − x2 ] 24 Chương 5. ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH b. T : [R]3 → [R]3, T   x1x2 x3   =   x1 + x2 + x3x1 + x2 x1   c. T : [R]3 → [R]1, T   x1x2 x3   = [ x1 + x2 + x3 ] Bài tập 5.13 a. Tìm ma trận chính tắc của ánh xạ tuyến tính T : [R]2 → [R]2 sao cho không gian triệt của T làKerT = Sp {[ 2 1 ]} và không gian ảnh của T là ImT = Sp {[ 2 1 ]} . b. Tìm ma trận chính tắc của ánh xạ tuyến tính T : R2 → R3 sao cho không gian triệt của T là KerT = Sp {[ 1 −1 ]} và không gian ảnh của T là ImT = Sp     03 5    . Bài tập 5.14 Cho f : V → W là ánh xạ tuyến tính. Chứng minh f(E) là không gian con của không gian W, sau đó tìm cơ sở và số chiều của f(E) trong mỗi trường hợp sau: a. f : R3 → R3, f(x1; x2; x3) = (x1 − x2; x1 + x2; x2),E = {(a; 2a+ b; a− 2b), a, b ∈ R} b. f :M(2, 2)→ [R]2, f ([ a b c d ]) = [ a+ 2b c− d ] ,E = {A ∈M(2, 2) : A+ AT = θ} c. f : P2[x]→ P2[x], f(ax2 + bx+ c) = (a+ 1)x2 + (b+ 1)x+ (c+ 1),E = {p ∈ P2[x] : p(0) = p(1)} Bài tập 5.15 Cho mỗi ánh xạ tuyến tính sau, xác định ánh xạ nào là đơn ánh, toàn ánh, song ánh, hay không phải là đơn ánh và toàn ánh a. f : R3 → R2, f(x, y, z) = (x+ y, z) b. f : R3 → R3, f(x, y, z) = (y+ z, x+ z, x+ y) c. f : R3 → R3, f(x, y, z) = (y, y, y) d. f : P1 → P2, f(a0 + a1x) = a0x+ a1x2 e. f :M(2, 2)→ R, f ([ a b c d ]) = a+ b+ c+ d Bài tập 5.16 Tìm cơ sở cho Imf,Kerf của các ánh xạ tuyến tính cho ở bài tập trên. Bài tập 5.17 Sử dụng tính chất của ánh xạ tọa độ, hãy xác định tính độc lập tuyến tính, phụ thuộc tuyến tính của mỗi tập các đa thức sau: a. B = {p1 = 1 + 2x, p2 = 3− x, p3 = −1 + 3x2} b. B = {p1 = 1− 2x2 − 3x3, p2 = x+ x3, p3 = 1 + 3x− 2x3} 25 c. B = {p1 = 1 + x3, p2 = 3 + x− 2x2, p3 = −x+ 3x2 − x3} d. B = {p1 = (1− x)3, p2 = (2− 3x)2, p3 = 3x2 − 4x3} Bài tập 5.18 Không gian triệt của ánh xạ tuyến tính f được hiểu là Kerf. Hãy tìm cơ sở cho không gian triệt của ánh xạ tuyến tính f : [R]n → [R]m xác định bởi mỗi ma trận chính tắc sau đây, từ đó tìm hạng của f : a. A =   3 6 12 4 1 1 2 0  , b. A =   0 1 0 −21 2 1 −1 2 4 3 −1  , c. A =   1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 1 0 1 3 3 1 1 3 6 8   Bài tập 5.19 Xác định các ánh xạ tuyến tính cho sau đây, ánh xạ nào là đơn cấu, toàn cấu, đẳng cấu: a. T : [R]4 → [R]3, T (x) = Ax,A =   1 3 −4 90 1 2 6 0 0 0 0   b. T : [R]4 → [R]4, T (x) = Ax,A =   −1 2 0 5 3 7 2 8 −4 2 0 0 1 3 0 6   c. T : R3 → R2, T (1; 0; 0) = (2; 1), T (0; 1; 0) = (0;−2), T (0; 0; 1) = (−1; 1) d. T : P2[x]→ P2[x], T (x2) = x2 + 3, T (x) = 2x2 + 4x− 1, T (1) = 3x− 1. Bài tập 5.20 Bằng cách xét số chiều của không gian triệt hay không gian ảnh, hãy xác định số chiều của không gian triệt và hạng của mỗi ánh xạ tuyến tính sau đây: a. D : Pn[x]→ Pn − 1[x], D(p) = p′ , ∀p ∈ Pn[x] (D là phép lấy đạo hàm). b. D : Pn[x]→ Pn[x], D(p) = p′, ∀p ∈ Pn[x] c. f :M(2, 3)→ M(2, 3), f ([ a b c d e f ]) = [ d e f 0 0 0 ] d. T :M(3, 3)→ R, T     a11 a12 a13a21 a22 a23 a31 a32 a33     = a11 + a22 + a33 e. S :M(3, 3)→ M(3, 3), S(A) = 1 2 (A+ AT ) (S(A) được gọi là bộ phận đối xứng của ma trận A) Bài tập 5.21 Cho ánh xạ tuyến tính f : R2 → R3 được cho bởi f(e1) = 2e1 − e3 và f(e2) = e2 + e3. Hãy tìm ma trận biểu diễn f đối với cặp cơ sở B = {e1 − e2, e1 + e2} và C = {e1, e1 + e2, e1 + e2 + e3} 26 Chương 5. ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Bài tập 5.22 Gọi E = {e1, e2, e3} là cơ sở chính tắc của R3, B = {v1, v2, v3} là cơ sở của không gian vectơ V và f : R3 → V là ánh xạ tuyến tính xác định bởi f(x1, x2, x3) = (x3 − x2)v1 − (x1 + x3)v2 + (x1 − x2)v3 a. Tìm f(e1), f(e2), f(e3) b. Tìm ma trận của f theo cơ sở E và B. Bài tập 5.23 Cho ánh xạ f : P2[x] → [R]3, f(p) =   p(−1)p(0) p(1)   .(f(p) ∈ R3, viết dưới dạng vectơ cột). a. Tìm ảnh qua f của p(x) = 5 + 3x. b. Chúng tỏ rằng f là ánh xạ tuyến tính. c. Tìm ma trận của f theo cơ sở B = {1, x, x2} ⊆ P2[x] và cơ sở chính tắc E của [R]3. Bài tập 5.24 Cho ánh xạ f : R3 → [R]2 như sau: f(x, y, z) = [ x+ y + z x− y − z + 2m ] a. Xác định m để f là một ánh xạ tuyến tính, sau đó tìm Kerf và số chiều của Kerf . b. Vớim = 0 tìm ma trận của f đối với cặp cơ sở B = {v1 = (1, 0, 1), v2 = (0, 1, 1), v3 = (1, 1, 0)} của R3 và C = { w1 = [ 1 0 ] , w2 = [ 1 −1 ]} của [R]2 Bài tập 5.25 Cho ánh xạ f : [R]3 → [R]3 như sau: f   xy z   =   x+ ay + 2z2x+ y + az ax+ 2y + z   a. Chứng minh f là phép biến đổi tuyến tính b. Tìm điều kiện của a để không tồn tại ánh xạ ngược c. Tìm cơ sở và số chiều của Kerf tùy thuộc vào a. Bài tập 5.26 Cho ánh xạ f : P2[x]→ P2[x] xác định bởi qui tắc sau: f(ax2 + bx+ c) = (a+ b)x2 + 2c và B = {(1 + x)2, x+ 1, 2} là một cơ sở của P2[x] 1. Chứng minh f là ánh xạ tuyến tính. 27 2. Tìm Kerf . 3. Tìm B-ma trận của f . Bài tập 5.27 Cho ánh xạ f :M(2, 2)→M(2, 2) xác định bởi qui tắc sau: f ([ a b c d ]) = [ a c+ 2d c d ] và B = {[ 1 2 0 0 ] , [ 0 1 1 0 ] , [ 1 0 1 0 ] , [ 0 0 0 1 ]} là một cơ sở của M(2, 2) 1. Chứng minh f là ánh xạ tuyến tính. 2. Tìm Kerf . 3. Tìm B-ma trận của f . 28 Chương 5. ÁNH XẠ TUYẾN TÍNH Chương 6 VÉC TƠ RIÊNG, CHÉO HÓA VÀ DẠNG TOÀN PHƯƠNG Bài tập 6.1 Tìm giá trị riêng và vectơ riêng của mỗi ma trận sau đây: a. A =   −3 2 −44 −1 4 8 −4 9  , b. A =   2 −1 11 0 1 1 −1 2  , c. A =   4 2 −1−6 −4 3 −6 −6 5   d. A =   2 −1 25 −3 3 −1 0 −2  , e. A =   −1 3 −1−3 5 −1 −3 3 1   Bài tập 6.2 Xác định tính chéo hóa được của mỗi ma trận sau, cho biết β là tập các giá trị riêng: a. A =   3 1 00 3 1 0 0 3   , β = {3}; b. A =   −1 4 −2−3 4 0 −3 1 3   , β = {1, 2, 3} c. A =   2 2 −11 3 −1 −1 −2 2   , β = {5, 1}; d. A =   −3 1 −1−7 5 −1 −6 6 −2   , β = {−2, 4} Bài tập 6.3 Tìm ma trận P chéo hóa được A và cho biết dạng chéo tương ứng của A trong mỗi trường hợp sau đây: a.   −3 4 4−4 5 4 −4 4 5  , b.   6 3 −3−2 −1 2 16 8 −7  , c.   1 −1 −11 3 1 1 1 3   d.   −3 5 −202 0 8 2 1 7  , e.   −1 2 2−2 3 2 −2 2 3  , f.   −4 6 −123 −1 6 3 −3 8   29 30 Chương 6. VÉC TƠ RIÊNG, CHÉO HÓA VÀ DẠNG TOÀN PHƯƠNG Bài tập 6.4 Tìm tất cả các giá trị riêng và véc tơ riêng của các phép biến đổi tuyến tính sau: a. f : R3 → R3, f(x, y, z) = (2x− y + z;−x+ 2y − z; z) b. f : [R]3 → [R]3, f   xy z   =   2x+ yy − z 2y + 4z   c. f : P2[x]→ P2[x], f(ax2 + bx+ c) = (3a− c)x2 + (−a + 2b+ c)x+ 2a Bài tập 6.5 Cho các phép biến đổi tuyến tính f : [R]3 → [R]3, f   xy z   =   2x+ 5y + 3z3y + 4z −6z  . Tìm cho [R]3 một cơ sở để ma trận của f đối với cơ sở đó là ma trận chéo Bài tập 6.6 Cho các phép biến đổi tuyến tính f : R3 → R3, f(x; y; z) = (5x + 4y + 6z; 4x + 5y + 6z;−4x − 4y − 5z). Tìm cho R3 một cơ sở để ma trận của f đối với cơ sở đó là ma trận chéo Bài tập 6.7 Cho ánh xạ T : P2[x]→ P2[x] xác định bởi qui tắc sau: T (ax2 + bx+ c) = (5a− b+ c)x2 + 2bx− 12a+ 4b− 2c 1. Chứng minh T là ánh xạ tuyến tính. 2. Tìm KerT . Từ đó suy ra r(T ). 3. Chứng minh B = {x2 + 3x+ 2, x+ 3,−1} là một cơ sở của P2[x]. 4. Tìm [T ]B 5 Tìm cho P2[x] một cơ sở sao cho ma trận của T đối với cơ sở đó là ma trận chéo. Bài tập 6.8 Cho ánh xạ T : P2[x]→ P2[x] xác định bởi qui tắc sau: T (ax2 + bx+ c) = (a + 3b− c)x2 + (a− b+ c)x+ 3a− 9b+ 5c 1. Chứng minh T là ánh xạ tuyến tính. 2. Tìm KerT . Từ đó suy ra r(T ). 3. Chứng minh B = {x2 + 2x+ 3, x+ 1, 1} là một cơ sở của P2[x]. 4. Tìm [T ]B 5 Tìm cho P2[x] một cơ sở sao cho ma trận của T đối với cơ sở đó là ma trận chéo. Bài tập 6.9 Tính Ak, biết: a.A =   2 2 −11 3 −1 −1 −2 2  , b.A =   1 2 22 1 2 2 2 1  , c.A =   7 4 162 5 8 −2 −2 −5   Chương 7 ĐƯỜNG BẬC HAI PHẲNG VÀ MẶT BẬC HAI Bài tập 7.1 Quy các phương trình sau đây về dạng không còn hạng tử chéo: a. x2 −√3xy + 2y2 = 1. b. 3x2 − 2√3xy + y2 = 1. c. 3x2 + 2 √ 3xy + y2 − 8x+ 8√3y = 0. d. x2 − 2xy + y2 = 2. e. √ 2x2 + 2 √ 2xy + √ 2y2 − 8x+ 8y = 0. Bài tập 7.2 Nhận dạng các đường cong sau: a. 17x2 + y2 − 34x+ 6y + 280 = 0. b. 17x2 + 12xy + 8y2 − 46x− 28y + 17 = 0. c. x2 + 6xy + y2 + 6x+ 2y − 1 = 0. d. 4x2 − 4xy + y2 − 2x− 14y + 7 = 0. e. 3x2 + 2xy + 3y2 = 19. f. 3x2 + 4 √ 3xy − y2 = 7. Bài tập 7.3 Dựng đồ thị của đường bậc hai cho bởi phươg trình: a. 7x2 − 8xy + y2 − 16x− 2y + 20 = 0; b. 5x2 − 6xy + 5y2 − 16x− 16y − 16 = 0; c. 5x2 + 8xy + 5y2 − 18x− 18y = 0; d. 9x2 − 6xy + y2 − 4x+ 8y − 9 = 0. Bài tập 7.4 Ghép phương trình mặt sao cho đúng với đồ thị của nó, chú ý rằng số phương trình đã cho nhiều hơn số đồ thị: a. x2 + y2 + 4z2 = 10 b. x2 + 2z2 = 8 c. z2 + 4y2 − 4x2 = 4 d. z2 + x2 − y2 = 1 e. 9y2 + z2 = 16 f. x = z2 − y2 g. x = y2 − z2 h. z = −4x2 − y2 i. x = −y2 − z2 j. y2 + z2 = x2 31 32 Chương 7. ĐƯỜNG BẬC HAI PHẲNG VÀ MẶT BẬC HAI Bài tập 7.5 Trong mỗi trường hợp sau, hãy chỉ rõ giao tuyến giữa hai mặt bậc hai và mặt phẳng (bằng cách chỉ rõ phương trình, toạ độ tâm, các bán trục, toạ độ các đỉnh, toạ độ các tiêu điểm và phương trình các tiệm cận ) (nếu có): a. x2 25 + y2 9 + z2 4 = 1 và z = 0. b. x2 36 + y2 6 − z 2 4 = 1 và z = 1; và z = 2. c. x2 36 + y2 6 − z 2 4 = −1 và z = 0; và z = 2; và z = 4. d. z = x2 4 − y2 và z = h (h là hằng số). Bài tập 7.6 Hãy gọi tên và vẽ sơ lược hình dạng các mặt cho bởi phương trình sau: a. x2 + y2 = 4 b.z2 − x2 − y2 = 1 c. z2 − y2 = 1. d. 9x2 + y2 + z2 = 9 e.z = x2 + 4y2 f. x2 − y2 − z 2 4 = 1 g. y2 − z2 = x− 2 h. z = y2 − 1 i. −x2 + 2y2 + z2 = 0 j. −9x2 + y2 + 4z2 = 1 Bài tập 7.7 Vẽ phần không gian bao gồm các điểm mà toạ độ của chúng thoả mãn: a.   x2 25 + y2 9 + z2 4 = 1 |z| ≥ 1 b.   x2 25 + y2 9 + z2 4 = 1 |x| ≤ 1 c. { x2 + y2 + z2 ≤ 4 x2 + y2 ≥ 1 d. { x2 + y2 + z2 ≤ 4 x2 + y2 ≤ 1 33 HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP SỐ Bài tập 1.1. A→   1 −3 20 5 −5 0 0 0  ; B →   1 2 50 1 −4 0 0 1  ; C →   1 2 −50 9 −26 0 0 0   D →   1 2 −3 00 0 4 2 0 0 0 1   E →   1 −7 10 20 12 −18 −3 0 0 15 5   Bài tập 1.2. A→   1 1 0 0 320 0 1 0 2 0 0 0 1 1 2   B →   1 0 411 511 13110 1 −10 11 15 11 −5 11 0 0 0 0 0   C →   1 0 113 0 1760 1 1 3 0 2 3 0 0 0 1 1 2   D →   1 0 4 11 13 11 0 1 −5 11 3 11 0 0 0 0 0 0 0 0   E →   1 2 0 0 430 0 1 0 0 0 0 0 1 −1 6   F →   0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0   Bài tập 1.3. r(A) = 2 r(B) = 2 r(C) = 3 r(D) = 1 r(E) = 3 r(F ) = 3 r(G) = 2 r(H) = 3 Bài tập 1.4. a.Vì r(A) = r(A∗) = 3 < n = 4 nên hệ vô số nghiệm b. Vì r(A) = r(A∗) = 2 < n = 5 nên hệ vô số nghiệm c.Vì r(A) = 3 < r(A∗) = 4 nên hệ vô nghiệm d. Vì r(A) = r(A∗) = 4 < n = 5 nên hệ vô số nghiệm Bài tập 1.5. a) + Nếu a = 0 và b tùy ý thì r(A) = r(A∗) = 2 < n = 3 nên hệ vô số nghiệm + Nếu a 6= 0 • b = 0 thì r(A) = 2 < r(A∗) = 3 nên hệ vô nghiệm • b 6= 0 thì r(A) = r(A∗) = 3 = n nên hệ có nghiệm duy nhất b) + Nếu c = 0 và d tùy ý thì r(A) = r(A∗) = 3 < n = 4 nên hệ vô số nghiệm + Nếu c 6= 0 • d = 0 thì r(A) = 3 < r(A∗) = 4 nên hệ vô nghiệm • d 6= 0 thì r(A) = r(A∗) = 4 = n nên hệ có nghiệm duy nhất Bài tập 1.6. a.   x1 = −1− x5 x2 = 1 + 3x5 x3 ∈ R x4 = −4 − 5x5 x5 ∈ R b.   x1 = 3 + 5x3 x2 = 6− 4x3 + x4 x3 ∈ R x4 ∈ R x5 = 0 c.   x1 = 2x3 x2 = −8− 6x3 x3 ∈ R x4 = −5 x5 = 0 d.   x1 = −3 + 8x4 x2 = −6− 4x4 x3 = 5 + 7x4 x4 ∈ R 34 Chương 7. ĐƯỜNG BẬC HAI PHẲNG VÀ MẶT BẬC HAI Bài tập 1.7. a. Vô nghiệm b.   x1 = −19 16 − 9 8 x3 x2 = −5 8 + 1 4 x3 x3 ∈ R x4 = 5 2 c.   x1 = 0 x2 = 2 + x3 x3 ∈ R x4 = −2 d.   x1 = −2 x2 = 2 x3 = −3 x4 = 3 e. Vô nghiệm f.   x1 = −2 x2 = 2 x3 = −3 x4 = 3 g.   x1 = 1 x2 = 2 x3 = 3 h.   x1 = 1 x2 = 2 x3 = −2 Bài tập 1.8. a. A∗ =   a 1 1 1 11 a 1 1 a 1 1 a 1 b  →   1 1 a 1 b0 a− 1 1− a 0 a− b 0 0 2− a− a2 1− a 1− ab+ a− b   + Nếu 2− a− a2 = 0⇒ a = 1 hoặc a = −2 ⋆ a = 1 • b = 1⇒ Hệ vô số nghiệm • b 6= 1⇒ Hệ vô nghiệm ⋆ a = −2⇒ Hệ vô số nghiệm ∀b + Nếu 2− a− a2 6= 0⇒ { a 6= 1 a 6= −2 ⇒ 1− a 6= 0⇒ Hệ có nghiệm duy nhất. b. A∗ =   1 2 2 a 2 −1 1 b 3 1 −1 c 1 −3 5 d  →   1 2 2 a 0 5 3 2a− b 0 0 4 a+ b− c 0 0 0 a+ 5b− 3c− d   + Nếu a+ 5b− 3c− d = 0 thì hệ có nghiệm duy nhất + Nếu a+ 5b− 3c− d 6= 0 thì hệ vô nghiệm Bài tập 1.9. Hệ có nghiệm ⇔ m = −1 Bài tập 1.10. a.   x1 = 0 x2 = 0 x3 = 0 b.   x1 = 0 x2 = 0 x3 = 0 x4 = 0 c.   x1 = 9x3 x2 = −4x3 x3 ∈ R d.   x1 = −2316x4 x2 = − 516x4 x3 = 15 16 x4 x4 ∈ R Bài tập 2.1. Tự giải Bài tập 2.2. x = 2, y = 4, z = 1, w = 3 35 Bài tập 2.3. B = [ −2d −2e −2f d e f ] với d, e, f ∈ R Bài tập 2.4. a. d11 = −14 b. d21 = 67 c. d32 = 6 Bài tập 2.5. Tự giải Bài tập 2.6. a.Ax =   265 14   ;Ay =   −38−4 −4   ;Az =   9−12 −78   b.A [ x y z ] =   26 −38 95 −4 −12 14 −4 −78   Bài tập 2.7. A−1 =   29 2 −17 2 7 2 −5 2 3 2 −1 2 3 −2 1  . ; B−1 =   8 −3 −1−5 2 1 10 −4 −1  ; C−1 =   −8 5 −1 −9 2 5 2 −1 2 5 2 −3 2 1 2   D−1 =   1 −1 0 0 0 1 −1 0 0 0 1 −1 0 0 0 1  ; E−1 =   −10 −20 4 7 3 6 −1 −2 5 8 −2 −3 2 3 −1 −1  ; G−1 =   2 −1 0 0 −3 2 0 0 31 −19 3 −4 −23 14 −2 3   Bài tập 2.8. A khả nghịch khi và chỉ khi ad−bc 6= 0 và khi đó A−1 =   d ad− bc −b ad− bc−c ad− bc a ad− bc   Ứng dụng: A−1 = [ −3 5 2 −3 ] ; B−1 = [ 3 −1 −2 1 ] . Bài tập 2.9. a. c3(A−1) =   5−8 5   b. [c1(A−1) c2(A−1)] =   2 −1−2 3 1 −2   c. h2(A−1) = [ −2 3 −8 ]⇒ x2 = −9 Bài tập 2.10. a. A khả nghịch ⇔ r(A) = 3⇔ m2 + 3m+ 2 6= 0⇔ { m 6= −1 m 6= −2 và A−1 =   −7 + 2m 2 + 10m 2 +m2 + 3m 4m+ 3 2 +m2 + 3m − 3m+ 1 2 +m2 + 3m −5m+ 3 +m 2 2 +m2 + 3m 2m+ 1 2 +m2 + 3m − m− 1 2 +m2 + 3m − m 2 +m2 + 3m m 2 +m2 + 3m 2 2 +m2 + 3m   36 Chương 7. ĐƯỜNG BẬC HAI PHẲNG VÀ MẶT BẬC HAI b. A khả nghịch ⇔ r(A) = 3⇔ p 6= 1 và A−1 =   −1 −1 + p −p −1 + p p −1 + p 1 −1 + p 2 p− 1 −1 + p −p −1 + p 1 −1 + p 1 −1 + p −1 −1 + p   Bài tập 2.11. B−1 =   0 1 1 −1 2 3 2 1 1 2 −1 2 −1   Ta có x = B−1.d⇒ i) x =   2 3 2 1 2   , ii) x =   6 9 2 3 2   , iii) x =   1−1 0   Bài tập 2.12. Ta có Ax = B ⇒ x = A−1.B a. A−1 =   2 −7 3 −1 1 0 0 −2 1  ⇒ x =   x1x2 x3   =   −648 −18   b. A−1 =   1/4 1/4 1/2 0 1/4 1/4 −1/2 0 1/4 −1/4 0 1/2 1/4 −1/4 0 −1/2  ⇒ x =   x1 x2 x3 x4   =   0 1 −1/2 1/2   c. A−1 =   1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 −1/4 −1/4 1/4 −1/4 1/4 −1/4 1/4 −1/4 −1/4 1/4  ⇒ x =   x1 x2 x3 x4   =   0 0 −1 0   Bài tập 2.13. a. X = [ −2 1 3/2 −1/2 ] . [ 3 5 5 9 ] = [ −1 −1 2 3 ] b. X. = [ −1 2 −5 6 ] . [ 2 −1 5/2 −3/2 ] = [ 3 −2 5 −4 ] 37 c. X = [ 2 −1 5 −3 ] [ 14 16 9 10 ] [ −4 3 7/2 −5/2 ] = [ 1 2 3 4 ] d. X =   −4 3 −2 −8 6 −5 −7 5 −4     1 −3 010 2 7 10 7 8   =   6 4 5 2 1 2 3 3 3   e. X. =   1 2 34 5 6 7 8 9     13 −8 −1212 −7 −12 6 −4 −5   =   −103 −110 −117 −100 −107 −114 −45 −48 −51   Bài tập 3.1. Tự giải Bài tập 3.2. D1 = 15 D2 = −30 D3 = 6 D4 = 9 Bài tập 3.3. a.   18 −12 −6 −7 10 1 −1 −2 7  ; b.   −57 51 −3 33 −30 6 −3 6 −3  ; c.   3 9 −1 2 6 −1 −3 −8 1   Bài tập 3.4. Khai triển định thức theo hàng 1, sau đó tách ra thành 2 nhóm theo a11, a12, ..., a1n và a ′ 11, a ′ 12, ..., a ′ 1n ta sẽ được kết quả Bài tập 3.5. a. detA = 160; b. detB = 156; c. detC = −5; d. detD = −2(a3 + b3); e. detE = 0; f. detF = 0 Bài tập 3.6. a.(6− λ)(λ2 + 5λ+ 7); b.− (λ+ 3)(λ2 − 6λ) c.(2− λ)(λ2 − 5λ+ 4); Bài tập 3.7. Điều kiện để ma trận A khả nghịch là detA 6= 0 a.   t 6= −2 t 6= 3 t 6= 4 ; b.   t 6= −2 t 6= 2 t 6= 4 ; c.   t 6= −3 t 6= −1 t 6= 4 Bài tập 3.8. a. Thay c3 → c3 − xc1 − yc2 b. Thay c1 → c1 + c2, tiếp theo c1 → 1 2 c1, tiếp theo c2 → c2 − c1, cuối cùng c2 → −1 x 38 Chương 7. ĐƯỜNG BẬC HAI PHẲNG VÀ MẶT BẬC HAI c. Thay h2 → h2−h1, h3 → h3− h1, tiếp theo h2 → 1 b− ah2, h3 → 1 c− ah3, cuối cùng thay h3 → h3 − h2 Bài tập 3.9. A−1 =   0 −1 1 0 −2 1 1/3 2 −4/3   ; B−1 =   1/2 1/2 −1/2 −5 2 1 7/2 −3/2 −1/2   C−1 =   1/4 1/4 1/2 0 1/4 1/4 −1/2 0 1/4 −1/4 0 1/2 1/4 −1/4 0 −1/2  ; D−1 =   1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 −1/4 −1/4 1/4 −1/4 1/4 −1/4 1/4 −1/4 −1/4 1/4   Bài tập 3.10. a. x2 = 2 b. x2 = 2 c. x2 = 0 d. x2 = −3 Bài tập 3.11. Áp dụng công thức xj = Dj D a. D = 8;D1 = −48;D2 = −103;D3 = −11 b. D = 21;D1 = 8;D2 = 67;D3 = 56 c. D = 7;D1 = −7;D2 = 14;D3 = 0 d. D = −73;D1 = −146;D2 = −73;D3 = 73 Bài tập 3.12. a. D = (a + 2)(4− a); D1 = −(a + 2)2; D2 = 3(a+ 2); D3 = 0 • Nếu { a 6= −2 a 6= 4 thì hệ có nghiệm duy nhất   x1 = −(a + 2) 4− a x2 = 3 4− a x3 = 0 • Nếu a = 4 thì D = 0 nhưng D1 = −36. Khi đó, hệ vô nghiệm. • Nếu a = −2 thì hệ vô số nghiệm   x1 = −1 3 x3 x2 = 1 2 + 7 6 x3 x3 ∈ R b. D = (a− 1)(a− 3); D1 = −4(a− 3);D2 = 0; D3 = 2(a− 3) • Nếu { a 6= 1 a 6= 3 thì hệ có nghiệm duy nhất   x1 = −4 a− 1 x2 = 0 x3 = 2 a− 1 • Nếu a = 1 thì D = 0 nhưng D2 = 8. Khi đó, hệ vô nghiệm. • Nếu a = −3 thì hệ vô số nghiệm   x1 = −4 5 − 6 5 x3 x2 = 2 5 − 2 5 x3 x3 ∈ R 39 c. D = −a2(a+ 3);D1 = −a2 (a+ 3) (a3 + 2 a2 − a− 1) ; D2 = −a2(a+ 3)(2a− 1);D3 = a2(a+ 3)(a2 − 2) • Nếu { a 6= 0 a 6= −3 thì hệ có nghiệm duy nhất   x1 = a 3 + 2 a2 − a− 1 x2 = 2a− 1 x3 = 2− a2 • Nếu a = −3 thì hệ vô số nghiệm   x1 = x3 x2 = x3 x3 ∈ R • Nếu a = 0 thì hệ vô số nghiệm   x1 = −x2 − x3 x2 ∈ R x3 ∈ R d. D = a(a+ 2)(a− 2);D1 = a(a+ 2);D2 = −a(a + 2)(a+ 3);D3 = a2(a+ 2) • Nếu { a 6= 0 a 6= ±2 thì hệ có nghiệm duy nhất   x1 = 1) a− 2 x2 = −(a + 3) a− 2 x3 = a a− 2 • Nếu a = 2 thì D = 0 nhưng D1 = 8. Khi đó, hệ vô nghiệm. • Nếu a = 0 thì hệ vô số nghiệm   x1 = −x2 x2 ∈ R x3 = 0 • Nếu a = −2 thì hệ vô số nghiệm   x1 = 1− 3 2 x3 x2 = 1 + 1 2 x3 x3 ∈ R Bài tập 3.13. a. (x1; x2; x3) = (1; 2; 3) b. λ 6= −4 5 Bài tập 3.14. 1. (x1; x2; x3; x4) = (−2; 0; 1;−1) 2.D = 6a+2 6= 0⇔ a 6= −1 3 Bài tập 3.15. a. D 6= 0⇐⇒ 3−m 6= 0⇐⇒ m 6= 3 b. Khi m = 3 hệ có thể vô nghiệm hoặc vô số nghiệm. Do đó, ta cần thử lại A∗ =   1 1 −2 12 3 3 2 4 5 −1 4  → ....→   1 0 −9 10 1 7 0 0 0 0 0   ⇒ Hệ vô số nghiệm. Vậy không tì