algsem5_rezolvari

Embed Size (px)

DESCRIPTION

dbfdb

Citation preview

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 1

    an univ. 2012=2013SEMINAR NR. 5, REZOLVARIAlgebra liniara si Geometrie analitica

    4. SPATII LINIARE EUCLIDIENE4.1. Denitii. Exemple

    Denitie. Fie (X;+; ;R) un spatiu liniar real. Spunem ca functiah; i : X X! R este produs scalar real daca :(SP1) 8 (u;v;w) 2 X3 : hu+w;vi = hu;vi+ hw;vi ;(SP2) 8 (;u;v) 2 R X2 : hu;vi = hu;vi ;(SP3) 8 (u;v) 2 X2 : hu;vi = hv;ui ;(SP4) 8u 2 X : hu;ui 0;(SP5) 8u 2 X : [hu;ui = 0R , u = X] :Denitie. Fie (X;+; ;R) un spatiu liniar real si h; i : X X ! R un produsscalar real. Perechea ordonata (X; h; i) se numeste spatiu liniar euclidian.Exemple de spatii liniare eucidiene standard :1. (Rn; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i : Rn Rn ! R, hx;yi = x1y1 + :::+ xnyn.Renotam (Mn1 (R) ;+; ;R) cu (Rn;+; ;R). (Rn; h; i) este un spatiu liniar

    euclidian, undeh; i : Rn Rn ! R, hx;yi = x1y1 + :::+ xnyn.

    2. (Mn (R) ; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i :Mn (R)Mn (R)! R, hA;Bi = Tr

    AT B :

    3. (C ([a; b] ;R) ; h; i) este un spatiu liniar euclidian, undeh; i : C ([a; b] ;R) C ([a; b] ;R)! R, hf ;gi = R b

    af (x)g (x) dx:

    n particular,R[a;b]n [x]; h; i

    este un spatiu liniar euclidian, unde

    h; i : R[a;b]n [x] R[a;b]n [x]! R, hp;qi =R bap (x)q (x) dx:

    A se vedea enunturile exercitiilor 2, 3, 4 din Seminar nr. 4; Enunturi.

    Exercitiul 1. n spatiile liniare precizate se denesc aplicatiile de mai jos. Sase precizeze care din ele sunt produse scalare :a) n

    R2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;

    8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = 3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2

    R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :

    Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =

    = 3 (x1 + z1) y1 (x1 + z1) y2 (x2 + z2) y1 + 2 (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+hz;yi = 3x1y1x1y2x2y1+2x2y2+3z1y1z1y2z2y1+2z2y2 =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R

    R22: hx;yi = hx;yi :

    Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =

    = 3 (x1) y1 (x1) y2 (x2) y1 + 2 (x2) y2 =M1

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 2

    hx;yi = (3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2) =M2:Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = 3x1y1 x1y2 x2y1 + 2x2y2 =M1hy;xi = 3y1x1 y1x2 y2x1 + 2y2x2 =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP3) este vericata.(SP4) 8x 2 R2 : hx;xi 0:Fie 8x 2 R2 )hx;xi = 3x1x1 x1x2 x2x1 + 2x2x2 = 3

    x1 13x2

    2+ 53 (x2)

    2 0) (SP4) este vericata.(SP5) 8x 2 R2 : [hx;xi = 0R , x = R2 ] :Fie 8x 2 R2 )[hx;xi = 0R , 3

    x1 13x2

    2+ 53 (x2)

    2= 0,

    x1 13x2 = 0x2 = 0

    , (x1; x2) = (0; 0), x = R2) (SP5) este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior este un produs scalar real pe R2, altul dectcel standard.

    b) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;

    8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2

    R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :

    Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =

    = (x1 + z1) y1 + 2 (x1 + z1) y2 + 10 (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+ hz;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2 + z1y1 + 2z1y2 + 10z2y2 =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R

    R22: hx;yi = hx;yi :

    Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =

    = (x1) y1 + 2 (x1) y2 + 10 (x2) y2 =M1 hx;yi = (x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2) =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = x1y1 + 2x1y2 + 10x2y2 =M1hy;xi = y1x1 + 2y1x2 + 10y2x2 =M2:

    Se observa ca 9 (x;y) 2 R22 a.. M1 6=M2 ) (SP3) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.

    c) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;

    8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2

    R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :

    Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 3

    = 9 (x1 + z1) y1 3 (x1 + z1) y2 3 (x2 + z2) y1 + (x2 + z2) y2 =M1hx;yi+ hz;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2 + 9z1y1 3z1y2 3z2y1 + z2y2 =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP1) este vericata.(SP2) 8 (;x;y) 2 R

    R22: hx;yi = hx;yi :

    Fie 8 (;x;y) 2 R R22 )hx;yi = h (x1; x2) ; (y1; y2)i = h(x1; x2) ; (y1; y2)i =

    = 9 (x1) y1 3 (x1) y2 3 (x2) y1 + (x2) y2 =M1 hx;yi = (9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2) =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP2) este vericata.(SP3) 8 (x;y) 2 X : hx;yi = hy;xi :Fie 8 (x;y) 2 R22 )hx;yi = 9x1y1 3x1y2 3x2y1 + x2y2 =M1hy;xi = 9y1x1 3y1x2 3y2x1 + y2x2 =M2:

    Se observa ca M1 =M2 ) (SP3) este vericata.(SP4) 8x 2 R2 : hx;xi 0:Fie 8x 2 R2 )hx;xi = 9x1x1 3x1x2 3x2x1 + x2x2 = (3x1 x2)2 0

    ) (SP4) este vericata.(SP5) 8x 2 R2 : [hx;xi = 0R , x = R2 ] :Fie 8x 2 R2 )[hx;xi = 0R , (3x1 x2)2 = 0,

    , f3x1 x2 = 0 ; (x1; x2) = (0; 0) ca si unica solutie:) (SP5) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.

    d) nR2;+; ;R ; h; i : R2 R2 ! R;

    8x = (x1; x2) ;y = (y1; y2) 2 R2 : hx;yi = (x1)2 (y1)2 + (x2)2 (y2)2 ;Rezolvare . Vericam axiomele :(SP1) 8 (x;y; z) 2

    R23: hx+ z;yi = hx;yi+ hz;yi :

    Fie 8 (x;y; z) 2 R23 )hx+ z;yi = h(x1; x2) + (z1; z2) ; (y1; y2)i = h(x1 + z1; x2 + z2) ; (y1; y2)i =

    = (x1 + z1)2(y1)

    2+ (x2 + z2)

    2(y2)

    2=M1

    hx;yi+ hz;yi = (x1)2 (y1)2 + (x2)2 (y2)2 + (z1)2 (y1)2 + (z2)2 (y2)2 =M2:Se observa ca 9 (x;y; z) 2 R23 :M1 6=M2 ) (SP1) nu este vericata.Deci aplicatia h; i denita anterior nu este un produs scalar real pe R2.

    4.2. Norma euclidiana a unui vector. Unghiul dintre doi vectori

    Teorema. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian. Atunci (X; kk) este unspatiu normat, unde norma indusa de produsul scalar (sau norma euclidiana)este data dekk : X! R, kvk =phv;vi:

    Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian.a) Vectorul v 2 X cu proprietatea kvk = 1 se numeste versor.b) Fie 8v 2 X, v 6= X. Vectorul v = 1kvkv se numeste versorul lui v.Exemple de norme eucidiene standard :1. n (Rn; h; i) standard, norma euclidiana standard este

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 4

    kk : Rn ! R, kxk =phx;xi =q(x1)2 + :::+ (xn)2.n (Rn; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk : Rn ! R, kxk =

    phx;xi =q(x1)2 + :::+ (xn)2.2. n (Mn (R) ; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk :Mn (R)! R, kAk =

    phA;Ai =pTr (AT A):3. n (C ([a; b] ;R) ; h; i) standard, norma euclidiana standard estekk : C ([a; b] ;R)! R, kfk =phf ; fi =qR b

    af2 (x) dx:

    n particular, nR[a;b]n [x]; h; i

    standard, norma euclidiana standard este

    kk : R[a;b]n [x]! R, kpk =php;pi =qR b

    ap2 (x) dx:

    Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian.a) Fie (u;v) 2 (Xn fXg)2 : Solutia unica n intervalul [0; ], notata \(u;v), aecuatiei

    cos\(u;v) =hu;vikuk kvk

    se numeste unghiul neorientat al perechii ordonate de vectori (u;v).b) Fie (u;v) 2 X2: Daca hu;vi = 0 spunem ca vectorul u este ortogonal cuvectorul v si notam u ? v.

    Exercitiul 5. Fie spatiul liniar euclidianR3; h; i, cu produsul scalar standard

    si norma euclidiana standard.a) Calculati unghiul dintre vectorii x = (1; 1;1) ;y = p6; 1; 1 ;b) Aratati ca vectorii x = (1; 1; 2) ;y = (1; 1;1) sunt ortogonali ;c) Aratati ca vectorul x =

    0;

    p22 ;

    p22

    este un versor.

    Rezolvare. Reamintim produsul scalar standard dintre doi vectori din R3;hx;yi = x1y1 + x2y2 + x3y3

    si norma euclidiana standard a unui vector din R3;kxk =phx;xi =q(x1)2 + (x2)2 + (x3)2:

    a) cos\(x;y) =hx;yikxk kyk =

    h(1; 1; 2) ; (1; 1;1)ik(1; 1; 2)k k(1; 1;1)k =

    =1 p6 + 1 1 + (1) 1q

    12 + 12 + (1)2 qp

    62+ 12 + 12

    =1

    2)\(x;y) =

    3:

    b) hx;yi = h(1; 1; 2) ; (1; 1;1)i = 1 1 + 1 1 + 2 (1) = 0) x ? y:c) kxk =

    0; p22 ; p22

    =r02 +

    p22

    2+p

    22

    2= 1) x =

    0;

    p22 ;

    p22

    este

    un versor.

    4.3. Sisteme de vectori ortonormate. Procedeul de ortonormareGram-Schmidt

    Denitie. Fie (X; h; i) un spatiu liniar euclidian si S = (w1; :::;wm), m dimR X. Spunem ca S este sistem de vectori ortonormat daca :(i) S este sistem de vectori ortogonal,8 (i; j) 2 f1; :::mg2 ; i 6= j;wi ? wj , adica hwi;wji = 0:

    (ii) S contine doar versori,

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 5

    8i 2 f1; :::mg ; kwik = 1:

    Exercitiul 6. Fie spatiul liniar euclidianR3; h; i cu produsul scalar standard.

    Sa se arate ca baza canonicaC = (e1 = (1; 0; 0) ; e2 = (0; 1; 0) ; e3 = (0; 0; 1))

    este un sistem de vectori ortonormat.Rezolvare. (i) C este un sistem ortogonal de vectori, deoarecehe1; e2i = h(1; 0; 0) ; (0; 1; 0)i = 1 0 + 0 1 + 0 0 = 0;he2; e3i = h(0; 1; 0) ; (0; 0; 1)i = 0 0 + 1 0 + 0 1 = 0;he3; e1i = h(0; 0; 1) ; (1; 0; 0)i = 0 1 + 0 0 + 1 0 = 0:

    (ii) C contine doar versori, deoareceke1k = k(1; 0; 0)k =

    p12 + 02 + 02 = 1;

    ke2k = k(0; 1; 0)k =p02 + 12 + 02 = 1;

    ke3k = k(0; 0; 1)k =p02 + 02 + 12 = 1:

    Deci C este o baza ortonormata n R3 (dar mai exista si alte baze ortonormaten R3).

    Exercitiul 7. Fie spatiul liniar euclidian (M2 (R) ; h; i) unde produsul scalareste denit de h; i :M2 (R)M2 (R)! R prin8A =

    a11 a12a21 a22

    2M2 (R) ;8B =

    b11 b12b21 b22

    2M2 (R) :

    hA;Bi = a11b11 + a12b12 + a21b21 + a22b22 = TrAT B :

    a) Sa se arate ca

    S =

    A1 =

    p33

    1 11 0

    ;A2 =

    p66

    1 10 2

    ;A3 =

    13

    0 22 1

    este un sistem de vectori ortonormat.Rezolvare. Observam cakAk =phA;Ai =q(a11)2 + (a12)2 + (a21)2 + (a22)2 =pTr (AT A):

    modul 1.(i) S este un sistem ortogonal de vectori, deoarece

    hA1;A2i =* p

    33

    p33p

    33 0

    !;

    p66

    p66

    0p63

    !+=

    p33 p66

    +p33

    p66

    +

    p33 0 + 0

    p63 = 0;

    hA2;A3i =*

    p66

    p66

    0p63

    !;

    0 2323

    13

    +=p66

    0 +

    p66

    23 +

    0 23 +p63 13 = 0;

    hA3;A1i =*

    0 2323

    13

    ;

    p33

    p33p

    33 0

    !+= 0

    p33

    + 23

    p33

    + 23

    p33 +

    13 0 = 0:

    (ii) S contine doar versori, deoarece

    kA1k =

    p

    33

    p33p

    33 0

    !

    =rp

    33

    2+p33

    2+p

    33

    2+ (0)

    2= 1;

    kA2k =

    p66

    p66

    0p63

    !

    =r

    p66

    2+p66

    2+ 02 +

    p63

    2= 1;

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 6

    kA3k =

    0 232

    313

    =q02 + 232 + 232 + 132 = 1:modul 2.(i) S este un sistem ortogonal de vectori, deoarece

    hA1;A2i = TrAT1 A2

    = Tr

    p33

    1 11 0

    p66

    1 10 2

    = Tr

    p1818

    1 11 1

    =

    p1818 +

    p1818 = 0;

    hA2;A3i = TrAT2 A3

    = Tr

    p66

    1 01 2

    130 22 1

    = Tr

    p6

    18

    0 24 0

    =

    0 + 0 = 0;

    hA3;A1i = TrAT3 A1

    = Tr

    13

    0 22 1

    p33

    1 11 0

    = Tr

    p39

    2 03 2

    =

    2p3

    9 2p3

    9 = 0:(ii) S contine doar versori, deoarece

    kA1k =

    1 11 0

    =qTr AT1 A1 =sTr

    p33

    1 11 0

    p33

    1 11 0

    =s

    Tr

    p99

    2 11 1

    =

    q2p9

    9 +p99 = 1;

    kA2k =

    p66 1 10 2

    =qTr AT2 A2 =sTr

    p66

    1 01 2

    p66

    1 10 2

    =s

    Tr

    p3636

    1 11 5

    =q

    16 +

    56 = 1;

    kA3k =

    13 0 22 1

    =qTr AT2 A2 =sTr

    13

    0 22 1

    130 22 1

    =s

    Tr

    19

    4 22 5

    =q

    49 +

    59 = 1:

    Deci S = (A1;A2;A3) este un sistem ortonormat de matrice dinM2 (R) :

    Teorema (procedeul de ortonormare Gram-Schmidt). Fie (X; h; i) un spatiuliniar euclidian si S = (v1; :::;vm), m dimR X un sistem de vectori liniar inde-pendent, Atunci exista So = (w1; :::;wm) sistem de vectori liniar independentortonormat astfel nct [So] = [S] :Demonstratie (schita).Etapa 1. Cautam S = (u1; :::;um) un sistem de vectori liniar independent or-togonal a..

    S= [S]. Gasim8>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:

    u1 = v1

    u2 = v2 hv2;u1iku1k2u1

    u3 = v3 hv3;u1iku1k2u1 hv3;u2iku2k2

    u2

    u4 = v4 hv4;u1iku1k2u1 hv4;u2iku2k2

    u2 hv4;u3iku3k2u3

    :::Etapa 2. Cautam So = (w1; :::;wm) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori, a.. [So] =

    S. Gasim

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 7

    8>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:

    w1 =1

    ku1ku1w2 =

    1

    ku2ku2w3 =

    1

    ku3ku3w4 =

    1

    ku4ku4:::

    Exercitiul 8. Fie spatiul liniar euclidianR[1;1]3 [x]; h; i

    , unde produsul

    scalar standard este denit prinh; i : R[1;1]3 [x] R[1;1]3 [x]! R , hp;qi =

    R 11 p (x)q (x) dx:

    Sa se ortonormeze baza canonica din R[1;1]3 [x].Rezolvare. Fie baza canonica din R[1;1]3 [x]C = (v1;v2;v3;v4)

    undev1 : [1; 1]! R, v1 (x) = 1;v2 : [1; 1]! R, v2 (x) = x;v3 : [1; 1]! R, v3 (x) = x2;v4 : [1; 1]! R, v4 (x) = x3:

    Etapa 0. Se observa ca C este un sistem liniar independent de vectori.Etapa 1. Cautam S = (u1;u2;u3;u4) un sistem de vectori liniar independentortogonal a..

    S= [S]. Gasim u1;u2;u3;u4 : [1; 1] ! R functii polinomiale

    cu urmatoarele legi de asociereu1 (x) = v1 (x) = 1:

    ku1k2 =R 11 1

    2dx = x j11= 2;hv2;u1i =

    R 11 x 1dx = x

    2

    2 j11= 0;hv3;u1i =

    R 11 x

    2 1dx = x33 j11= 23 ;hv4;u1i =

    R 11 x

    3 1dx = x44 j11= 0:u2 (x) = v2 (x) hv2;u1iku1k2

    u1 (x) = x 021 = x:

    ku2k2 =R 11 x

    2dx = x3

    3 j11= 23 ;hv3;u2i =

    R 11 x

    2 xdx = x44 j11= 0;hv4;u2i =

    R 11 x

    3 xdx = x55 j11= 25 :u3 (x) = v3 (x) hv3;u1iku1k2

    u1 (x) hv3;u2iku2k2u2 (x) = x

    2 23

    21 02

    3

    x = x2 13 :

    ku3k2 =R 11x2 13

    2dx =

    R 11x4 23x2 + 19

    dx =

    =x5

    5 23 x3

    3 +19xj11= 845 ;

    hv4;u3i =R 11 x

    3 x2 13 dx = R 11 x5 13x3 dx = x66 13 x44 j11= 0:u4 (x) = v4 (x) hv4;u1iku1k2

    u1 (x) hv4;u2iku2k2u2 (x) hv4;u3iku3k2

    u3 (x) =

    = x3 021

    2523

    x 0845

    x2 13

    = x3 35x:

    ku4k2 =R 11x3 35x

    2dx =

    R 11x6 65x4 + 925x2

    dx =

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 8

    =x7

    7 65 x5

    5 +925x3

    3

    j11= 8175 :

    Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3;w4) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori a.. [So] =

    S. Gasim w1;w2;w3;w4 :

    [1; 1]! R functii polinomiale cu urmatoarele legi de asocierew1 (x) =

    1

    ku1ku1 (x) =1p21;

    w2 (x) =1

    ku2ku2 (x) =1p23

    x;

    w3 (x) =1

    ku3ku3 (x) =1p845

    x2 13

    ;

    w4 (x) =1

    ku4ku4 (x) =1p8175

    x3 35x

    :

    Am gasit So = (w1;w2;w3;w4) o baza ortonormata n R[1;1]3 [x]. Polinoamele

    corespunzatoare functiilor polinomiale din aceasta baza se numesc polinoameLegendre.

    Exercitiul 9. n spatiul liniar euclidianR[0;1]2 [x]; h; i

    cu produsul scalar

    standard, sa se ortonormeze sistemul de functii S = (f1; f2; f3) undef1 : [0; 1]! R, f1 (x) = 2,f2 : [0; 1]! R, f2 (x) = 2 + x,f3 : [0; 1]! R, f3 (x) = (2 + x)2.

    Rezolvare. Fie produsul scalar standard dinR[0;1]2 [x]; h; i

    ,

    h; i : R[0;1]2 [x] R[0;1]2 [x]! R, hp;qi =R 10p (x)q (x) dx:

    Reamintim norma euclidianakk : R[0;1]2 [x]! R, kpk =

    qR 10p2 (x) dx

    Etapa 0. Studiem daca S = (f1; f2; f3) este un sistem liniar independent devectori. Cautam (1; 2; 3) 2 R3 astfel nct1f1 + 2f2 + 3f3 = R[0;1]2 [x]

    ,1f1 (x) + 2f2 (x) + 3f3 (x) = (x) ;8x 2 [0; 1]12 + 2 (2 + x) + 3 (2 + x)

    2= 0;8x 2 [0; 1],8

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 9

    u2 (x) = f2 (x) hf2;u1iku1k2u1 (x) = (2 + x) 5

    42 = x 12 :

    ku2k2 =R 10

    x 12

    2dx = 112 ;

    hf3;u2i =R 10(2 + x)

    2 x 12 dx = 512 :u3 (x) = f3 (x) hf3;u1iku1k2

    u1 (x) hf3;u2iku2k2u2 (x) =

    = (2 + x)2

    383

    42

    512112

    x 12

    = x2 x+ 16 :

    ku3k2 =R 10

    x2 x+ 16

    2dx = 1180 :

    Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3) un sistem de vectori liniar independentcare sa contina doar versori a.. [So] =

    S. Gasim w1;w2;w3 : [0; 1] ! R

    functii polinomiale cu urmatoarele legi de asociere

    w1 (x) =1

    ku1ku1 (x) =122;

    w2 (x) =1

    ku2ku2 (x) =1p112

    x 12

    ;

    w3 (x) =1

    ku3ku3 (x) =1p1180

    x2 x+ 16

    :

    Exercitiul 10. FieR4; h; i cu produsul scalar standard. Sa se determine o

    baza ortonormata n spatiul generat deS = (v1 = (1; 2; 2 1) ;v2 = (1; 1;5; 3) ;v3 = (3; 2; 8;7)) :

    Rezolvare. Fie produsul scalar standard dinR4; h; i, h; i : R4 R4 ! R

    denit prinhx;yi = x1y1 + x2y2 + x3y3 + x4y4:

    Reamintim norma euclidianakxk =

    px21 + x

    22 + x

    23 + x

    24:

    Etapa 0. Studiem daca S = (v1;v2;v3) este un sistem liniar independent devectori. Cautam (1; 2; 3) 2 R3 astfel nct1v1 + 2v2 + 3v3 = R4 ,

    1 (1; 2; 2 1) + 2 (1; 1;5; 3) + 3 (3; 2; 8;7) = (0; 0; 0; 0),8>>>:11 + 12 + 33 = 021 + 12 + 23 = 021 52 + 83 = 011 + 32 73 = 0

    Ultimul sistem este un sistem liniar omogen n necunoscutele 1; 2; 3, careadmite macar solutia nula (1; 2; 3) = (0; 0; 0). Studiem daca admite si altesolutii.0BB@

    j1j 1 32 1 22 5 81 3 7

    0000

    1CCA pas1l1

    l2 2l1l3 2l1l4 + l1

    0BB@1 1 3

    0 j1j 40 7 20 4 4

    0000

    1CCA pas2l1l2

    l3 7l2l4 + 4l2

    0BB@1 1 30 1 40 0 j30j0 0 20

    0000

    1CCA

    ) rangA = 3 ) sistemul este compatibil unic determinat cu solutia unica(1; 2; 3) = (0; 0; 0) ) v1;v2;v3 sunt vectori liniar independenti.Etapa 1. Cautam S = (u1;u2;u3) un sistem de vectori liniar independent or-togonal a..

    S= [S]. Gasim

  • Gabriela Grosu / Algebra liniara si Geometrie analitica 10

    u1 = v1 = (1; 2; 2 1) :ku1k2 = k(1; 2; 2 1)k2 = 12 + 22 + 22 + (1)2 = 10;hv2;u1i = h(1; 1;5; 3) ; (1; 2; 2 1)i = 1 1+1 2+(5) 2+3 (1) = 10;hv3;u1i = h(3; 2; 8;7) ; (1; 2; 2 1)i = 3 1+ 2 2+ 8 2+ (7) (1) = 30:

    u2 = v2 hv2;u1iku1k2u1 = (1; 1;5; 3) 1010 (1; 2; 2 1) = (2; 3;3; 2) :

    ku2k2 = k(2; 3;3; 2)k2 = 22 + 32 + (3)2 + 22 = 26;hv3;u2i = h(3; 2; 8;7) ; (2; 3;3; 2)i = 3 2+2 3+8 (3)+(7) 2 = 26:

    u3 = v3 hv3;u1iku1k2u1 hv3;u2iku2k2

    u2 =

    = (3; 2; 8;7) 3010 (1; 2; 2 1) 2626 (2; 3;3; 2) = (2;1;1;2) :ku3k2 = k(2;1;1;2)k2 = 22 + (1)2 + (1)2 + (2)2 = 10:

    Etapa 2. Cautam So = (w1;w2;w3) un sistem de vectori liniar independentortogonal care sa contina doar versori a.. [So] =

    S. Gasim

    w1 =1

    ku1ku1 =1p10(1; 2; 2 1) ;

    w2 =1

    ku2ku2 =1p26(2; 3;3; 2) ;

    w3 =1

    ku3ku3 =1p10(2;1;1;2) :

    Am gasit So = (w1;w2;w3) o baza ortonormata n [S].