Μετάβαση στο περιεχόμενο
Topos Uranos

Περίληψη

Αυτό το μάθημα ανοίγει την τέταρτη ενότητα του κύκλου μαθημάτων, που είναι αφιερωμένη στους πίνακες και στις αλγεβρικές δομές. Παρουσιάζει τα επτά μαθήματα που την απαρτίζουν και το νήμα που τα ενώνει: η ορθογώνια διάταξη των συντελεστών ενός γραμμικού συστήματος γίνεται ένα αντικείμενο με δικές του πράξεις, η ορίζουσα αποφασίζει πότε ένα τετραγωνικό σύστημα έχει μοναδική λύση, ο αντίστροφος πίνακας το λύνει με μιας, οι πίνακες διαβάζονται ως μετασχηματισμοί του επιπέδου, οι μιγαδικοί αριθμοί επανεμφανίζονται ως μια οικογένεια πινάκων, και ό,τι είναι κοινό σε όλους αυτούς τους υπολογισμούς συμπυκνώνεται στις έννοιες της ομάδας, του δακτυλίου και του σώματος. Διατρέχει το ιστορικό υπόβαθρο αυτών των ιδεών, από τα Εννέα κεφάλαια για τη μαθηματική τέχνη έως τον Κέιλι, τον Γκαλουά και τη Νέτερ· διατυπώνει με ακρίβεια τα δύο προβλήματα από τα οποία γεννήθηκαν, την επίλυση των γραμμικών συστημάτων και την επίλυση των πολυωνυμικών εξισώσεων με ριζικά· και δείχνει πού χρησιμοποιούνται ξανά σε αυτόν τον κύκλο μαθημάτων, ιδίως στην αναλυτική γεωμετρία του χώρου που τον ολοκληρώνει, σε άλλους κύκλους μαθημάτων του ιστοτόπου και στην επιστήμη και την τεχνική.

Μαθησιακοί στόχοι

  1. Να περιγράφει τη σειρά των μαθημάτων της ενότητας και να εξηγεί τι προσφέρει το καθένα στη μελέτη των γραμμικών συστημάτων, των μετασχηματισμών του επιπέδου και των αλγεβρικών δομών.
  2. Να τοποθετεί στο ιστορικό τους πλαίσιο τις έννοιες του πίνακα, της ορίζουσας και της ομάδας, κατονομάζοντας το πρόβλημα που ήρθε να λύσει η καθεμία.
  3. Να διατυπώνει ως εξίσωση πινάκων ένα κλασικό πρόβλημα με τρεις αγνώστους και να το λύνει με απαλοιφή και με ορίζουσες.
  4. Να εξηγεί, με το παράδειγμα της εξίσωσης δευτέρου βαθμού, γιατί η μελέτη των μεταθέσεων των ριζών μιας εξίσωσης οδήγησε στην έννοια της ομάδας, και να αναγνωρίζει σημερινές χρήσεις των πινάκων και των αλγεβρικών δομών.

Αρχική αξιολόγηση

Πριν διατρέξουμε την ενότητα, αξίζει να μετρήσουμε το σημείο εκκίνησης. Οι εννέα πρώτες ερωτήσεις διατρέχουν τα επτά μαθήματα περιεχομένου, με δύο ερωτήσεις για τα κεντρικά μαθήματα, εκείνο για τις ορίζουσες και εκείνο για τον αντίστροφο πίνακα, και η δέκατη είναι ένα πρόβλημα μοντελοποίησης, που ζητά να διατυπωθεί με το γινόμενο πινάκων μια κατάσταση σε πλαίσιο· οι ίδιες δεξιότητες μετρώνται ξανά στο τέλος, στο μάθημα της σύνθεσης. Οι τρεις τελευταίες ελέγχουν όσα η ενότητα θεωρεί γνωστά από τον πρώτο κύκλο μαθημάτων και από την ενότητα για τους μιγαδικούς αριθμούς σε πολική μορφή. Δεν υπάρχει βαθμολογία: χρησιμεύει για να ξέρουμε τι κατέχουμε και πού να σταθούμε.

Αρχική αξιολόγηση

Πριν ξεκινήσεις την ενότητα, μέτρησε το σημείο εκκίνησής σου. Είναι μια σύντομη αυτοαξιολόγηση: δεν βαθμολογείται και το αποτέλεσμα αποθηκεύεται μόνο στον περιηγητή σου.

  1. Ερώτηση 1Έστω A=(1234)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} και B=(0121)B = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 2 & 1 \end{pmatrix}. Ποιο είναι το γινόμενο ABAB;

  2. Ερώτηση 2Θεωρούμε το σύστημα εξισώσεων x+y+z=1x + y + z = 1, x+2y+3z=2x + 2y + 3z = 2 και 2x+3y+4z=k2x + 3y + 4z = k. Για ποιες τιμές του kk είναι συμβιβαστό, και πόσες λύσεις έχει τότε;

  3. Ερώτηση 3Να υπολογιστεί η ορίζουσα του πίνακα με γραμμές (2,1,1)\left( 2, 1, 1 \right), (1,3,−1)\left( 1, 3, -1 \right) και (0,1,4)\left( 0, 1, 4 \right).

  4. Ερώτηση 4Έστω AA ένας πίνακας τάξης 33 με det⁡A=2\det A = 2. Πόσο είναι η det⁡(3AT)\det\left( 3 A^{\mathsf{T}} \right);

  5. Ερώτηση 5Ποιος είναι ο αντίστροφος του πίνακα A=(3512)A = \begin{pmatrix} 3 & 5 \\ 1 & 2 \end{pmatrix};

  6. Ερώτηση 6Έστω AA, BB και CC τετραγωνικοί πίνακες της ίδιας τάξης, με τους AA και BB αντιστρέψιμους. Ποια είναι η λύση της εξίσωσης AXB=CAXB = C;

  7. Ερώτηση 7Ποιος είναι ο πίνακας του μετασχηματισμού του επιπέδου που στρέφει κάθε διάνυσμα κατά ένα τέταρτο της πλήρους στροφής αντίθετα προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού γύρω από την αρχή και μετά το ανακλά ως προς τον άξονα των τετμημένων;

  8. Ερώτηση 8Έστω M(z)M(z) ο πίνακας του πολλαπλασιασμού επί τον μιγαδικό zz. Να υπολογιστεί η det⁡M(3−4i)\det M(3 - 4i).

  9. Ερώτηση 9Ποιο από αυτά τα σύνολα, με την πράξη που αναφέρεται, είναι ομάδα;

  10. Ερώτηση 10Μια πόλη έχει 600600 χιλιάδες κατοίκους στο κέντρο της και 400400 χιλιάδες στην περιφέρειά της. Κάθε χρόνο, το 1010 τοις εκατό των κατοίκων του κέντρου μετακομίζει στην περιφέρεια και το 2020 τοις εκατό των κατοίκων της περιφέρειας μετακομίζει στο κέντρο· κανείς άλλος δεν έρχεται ούτε φεύγει. Αν οι αναλογίες διατηρούνται, πόσες χιλιάδες κατοίκους θα έχει το κέντρο μετά από δύο χρόνια;

  11. Ερώτηση 11Από προηγούμενες ενότητεςΝα λυθεί με τον κανόνα του Κράμερ το σύστημα 2x+3y=72x + 3y = 7, x−y=1x - y = 1, και να δοθεί η τιμή του xx.

  12. Ερώτηση 12Από προηγούμενες ενότητεςΝα βρεθεί ο αντίστροφος του 44 modulo 99, δηλαδή το υπόλοιπο xx μεταξύ 00 και 88 τέτοιο ώστε 4x≡1(mod9)4x \equiv 1 \pmod{9}.

  13. Ερώτηση 13Από προηγούμενες ενότητεςΠοια είναι η πολική μορφή του 1+i31 + i\sqrt{3};