Перейти к содержимому
Topos Uranos

Краткое содержание

Этот урок открывает четвёртый раздел курса, посвящённый матрицам и алгебраическим структурам. Он представляет семь уроков, из которых состоит раздел, и нить, которая их связывает: таблица коэффициентов линейной системы становится объектом с собственными операциями, определитель показывает, когда квадратная система имеет единственное решение, обратная матрица решает её за один приём, матрицы читаются как преобразования плоскости, комплексные числа вновь появляются как семейство матриц, а то, что объединяет все эти вычисления, сгущается в понятиях группы, кольца и поля. Урок прослеживает историческую предысторию этих идей, от Математики в девяти книгах до Кэли, Галуа и Нётер; точно формулирует две задачи, из которых они родились, решение линейных систем и решение полиномиальных уравнений в радикалах; и показывает, где они используются снова: в этом курсе, в особенности в аналитической геометрии в пространстве, которой он завершается, в других курсах сайта и в науке и технике.

Цели обучения

  1. Описывать последовательность уроков раздела и объяснять, что каждый из них даёт для изучения линейных систем, преобразований плоскости и алгебраических структур.
  2. Помещать в исторический контекст понятия матрицы, определителя и группы, называя задачу, ради решения которой появилось каждое из них.
  3. Записывать в виде матричного уравнения классическую задачу с тремя неизвестными и решать её исключением неизвестных и с помощью определителей.
  4. Объяснять на примере квадратного уравнения, почему изучение перестановок корней уравнения привело к понятию группы, и указывать современные применения матриц и алгебраических структур.

Входная проверка

Прежде чем проходить раздел, полезно измерить исходную точку. Первые девять вопросов охватывают семь содержательных уроков, причём центральным урокам, об определителях и об обратной матрице, отведено по два вопроса, а десятый вопрос является задачей на моделирование, в которой нужно с помощью произведения матриц записать практическую ситуацию; те же умения измеряются снова в конце, в итоговом уроке. Три последних вопроса выясняют, что раздел считает известным из курса I и из раздела о комплексных числах в тригонометрической форме. Оценок нет: этот тест нужен, чтобы понять, что уже освоено и где задержаться.

Входная проверка

Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.

  1. Вопрос 1Пусть A=(1234)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{pmatrix} и B=(0121)B = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 2 & 1 \end{pmatrix}. Чему равно произведение ABAB?

  2. Вопрос 2Рассмотрим систему уравнений x+y+z=1x + y + z = 1, x+2y+3z=2x + 2y + 3z = 2 и 2x+3y+4z=k2x + 3y + 4z = k. При каких значениях kk она совместна и сколько тогда у неё решений?

  3. Вопрос 3Вычислите определитель матрицы со строками (2,1,1)\left( 2, 1, 1 \right), (1,3,−1)\left( 1, 3, -1 \right) и (0,1,4)\left( 0, 1, 4 \right).

  4. Вопрос 4Пусть AA есть матрица порядка 33, у которой det⁡A=2\det A = 2. Чему равен det⁡(3AT)\det\left( 3 A^{\mathsf{T}} \right)?

  5. Вопрос 5Какова обратная матрица к матрице A=(3512)A = \begin{pmatrix} 3 & 5 \\ 1 & 2 \end{pmatrix}?

  6. Вопрос 6Пусть AA, BB и CC суть квадратные матрицы одного порядка, причём AA и BB обратимы. Каково решение уравнения AXB=CAXB = C?

  7. Вопрос 7Какова матрица преобразования плоскости, которое поворачивает каждый вектор на четверть оборота против часовой стрелки вокруг начала координат, а затем отражает его относительно оси абсцисс?

  8. Вопрос 8Пусть M(z)M(z) есть матрица умножения на комплексное число zz. Вычислите det⁡M(3−4i)\det M(3 - 4i).

  9. Вопрос 9Какое из этих множеств с указанной операцией является группой?

  10. Вопрос 10В центре города живут 600600 тысяч человек, а на его окраинах 400400 тысяч. Каждый год 1010 процентов жителей центра переезжают на окраины, а 2020 процентов жителей окраин переезжают в центр; больше никто не приезжает и не уезжает. Если эти доли сохраняются, сколько тысяч жителей будет в центре через два года?

  11. Вопрос 11Из предыдущих разделовРешите по правилу Крамера систему 2x+3y=72x + 3y = 7, x−y=1x - y = 1 и укажите значение xx.

  12. Вопрос 12Из предыдущих разделовНайдите обратный к 44 по модулю 99, то есть остаток xx от 00 до 88, такой что 4x≡1(mod9)4x \equiv 1 \pmod{9}.

  13. Вопрос 13Из предыдущих разделовКакова тригонометрическая форма числа 1+i31 + i\sqrt{3}?