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電気通信大学 情報理工学研究科 情報学専攻 2024年8月実施 必須問題 線形代数

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)

Description

cRc\in\mathbb R とし、

A=(3527123121),B=(23103+c9c2238+c2)A=\begin{pmatrix}3&-5&2\\7&-12&3\\1&-2&-1\end{pmatrix}, \qquad B=\begin{pmatrix} -2&3&1\\ 0&3+c&9-c^2\\ -2&3&-8+c^2 \end{pmatrix}

とする。線形写像 f(x)=Axf(\boldsymbol x)=A\boldsymbol xg(x)=Bxg(\boldsymbol x)=B\boldsymbol x について答えよ。

  1. AA の第 ii 列を ai\boldsymbol a_i とする。a3\boldsymbol a_3a1,a2\boldsymbol a_1,\boldsymbol a_2 の一次結合で表し、dimImf\dim\operatorname{Im}f を求めよ。
  2. dimkerg0\dim\ker g\ne0 となる cc の条件を求めよ。
  3. dim(Imfkerg)0\dim(\operatorname{Im}f\cap\ker g)\ne0 となる cc の条件を求めよ。

题目描述

给出两个含参数矩阵所定义的三维线性映射,求列向量的线性关系与像空间维数,并分别判断核非平凡以及像空间与核有非零交集时参数的取值。

Kai

(1)

直接計算すると

a3=9a1+5a2.\boxed{\boldsymbol a_3=9\boldsymbol a_1+5\boldsymbol a_2}.

a1,a2\boldsymbol a_1,\boldsymbol a_2 は一次独立であるから

dimImf=2.\boxed{\dim\operatorname{Im}f=2}.

(2)

detB=2(c3)(c+3)2.\det B=-2(c-3)(c+3)^2.

よって

dimkerg0    c=±3.\boxed{\dim\ker g\ne0\iff c=\pm3}.

(3)

Imf=span{a1,a2}\operatorname{Im}f=\operatorname{span}\{\boldsymbol a_1,\boldsymbol a_2\} である。したがって、ある (s,t)(0,0)(s,t)\ne(0,0) に対して

B(sa1+ta2)=0B(s\boldsymbol a_1+t\boldsymbol a_2)=\boldsymbol0

となる条件を求めればよい。B(a1,a2)B(\boldsymbol a_1,\boldsymbol a_2) の三つの 22 次小行列式は

4(c+3)(c2),4(c3)(c+3),2(c+3)(c2+2c13)4(c+3)(c-2),\qquad -4(c-3)(c+3),\qquad -2(c+3)(c^2+2c-13)

である。これらが同時に 00 となるのは c=3c=-3 のときだけである。実際、c=3c=-3 では

7a1+4a2=(1,1,1)Tkerg.7\boldsymbol a_1+4\boldsymbol a_2=(1,1,-1)^T\in\ker g.

ゆえに

dim(Imfkerg)0    c=3.\boxed{\dim(\operatorname{Im}f\cap\ker g)\ne0\iff c=-3}.