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Revision 1457 - (view) (download)

1 : ted shifri 1457 ## DESCRIPTION
2 :     ## Fundamental Subspaces of a Matrix
3 :     ## ENDDESCRIPTION
4 :    
5 :     ## KEYWORDS('Nullspace', 'Column space', 'Row space', 'Left nullspace')
6 :     ##
7 :    
8 :     ## DBsubject('Calculus')
9 :     ## DBchapter('')
10 :     ## DBsection('')
11 :     ## Date('10/04/2009')
12 :     ## Author('Ted Shifrin')
13 :     ## Institution('UGA')
14 :     ## TitleText1('')
15 :     ## EditionText1('')
16 :     ## AuthorText1('')
17 :     ## Section1('')
18 :     ## Problem1('')
19 :    
20 :     DOCUMENT(); # This should be the first executable line in the problem.
21 :    
22 :     loadMacros("PGstandard.pl",
23 :     "PGbasicmacros.pl",
24 :     "PGchoicemacros.pl",
25 :     "PGanswermacros.pl",
26 :     "PGauxiliaryFunctions.pl",
27 :     "PGmatrixmacros.pl",
28 :     "PGmorematrixmacros.pl",
29 :     "compoundProblem.pl",
30 :     "PGnumericalmacros.pl",
31 :     );
32 :    
33 :    
34 :     TEXT(beginproblem());
35 :     $showPartialCorrectAnswers = 1;
36 :    
37 :     $a = non_zero_random(-3, 3, 1);
38 :     $b = non_zero_random(-3, 3, 1);
39 :     $c = non_zero_random(-3, 3, 1);
40 :     $d = non_zero_random(-3, 3, 1);
41 :     $d1 = non_zero_random(-3, 3, 1);
42 :     $e = non_zero_random(-3, 3, 1);
43 :     $f = non_zero_random(-3, 3, 1);
44 :     $i = non_zero_random(-1, 1, 2);
45 :     $g = $e*$f+$i;
46 :     $k = non_zero_random(-3, 3, 1);
47 :     $l = non_zero_random(-3, 3, 1);
48 :     $m = non_zero_random(-3, 3, 1);
49 :     $n = non_zero_random(-3, 3, 1);
50 :    
51 :    
52 :     $m11=1; $m12=$a; $m13=$e; $m14=$b+$e*$d; $m15=$c+$e*$d1;
53 :     $m21=$f; $m22=$f*$a; $m23=$g; $m24=$f*$b+$g*$d; $m25=$f*$c+$g*$d1;
54 :     $m31=$k; $m32=$k*$a; $m33=$l; $m34=$k*$b+$l*$d; $m35=$k*$c+$l*$d1;
55 :     $m41=$m; $m42=$m*$a; $m43=$n; $m44=$m*$b+$n*$d; $m45=$m*$c+$n*$d1;
56 :    
57 :     $LN11=-$k+$i*$f*($l-$e*$k);
58 :     $LN12=-$i*($l-$e*$k);
59 :     $LN13=1;
60 :     $LN14=0;
61 :    
62 :     $LN21=-$m+$i*$f*($n-$e*$m);
63 :     $LN22=-$i*($n-$e*$m);
64 :     $LN23=0;
65 :     $LN24=1;
66 :    
67 :     $isProfessor = ($studentLogin eq 'shifrin' || $studentLogin eq 'test');
68 :    
69 :     $cp = new compoundProblem(
70 :     parts=>2,
71 :     weights=>[.4,.6],
72 :     parserValues=>1,
73 :     allowReset => $isProfessor,
74 :     nextVisible => 'Always',
75 :     nextStyle => 'Button',
76 :     );
77 :    
78 :     $part = $cp->part;
79 :    
80 :     if($part==1){
81 :     BEGIN_TEXT
82 :    
83 :     Consider the matrix
84 :    
85 :     \[ A = \left[\begin{array}{r r r r r}
86 :     $m11 & $m12 & $m13 & $m14 & $m15\cr
87 :     $m21 & $m22 & $m23 & $m24 & $m25 \cr
88 :     $m31 & $m32 & $m33 & $m34 & $m35 \cr
89 :     $m41 & $m42 & $m43 & $m44 & $m45
90 :     \end{array} \right]\quad .
91 :     \]
92 :    
93 :     $PAR
94 :     We start with some basic facts about the four fundamental subspaces
95 :     associated to \(A\):
96 :     $PAR
97 :     \(\mathbf R(A) \) is a subspace of \(\mathbb R^k\) with \( k = \) \{ans_rule(3)\}.
98 :     $BR
99 :     \(\mathbf C(A) \) is a subspace of \(\mathbb R^k\) with \( k = \) \{ans_rule(3)\}.
100 :     $BR
101 :     \(\mathbf N(A) \) is a subspace of \(\mathbb R^k\) with \( k = \) \{ans_rule(3)\}.
102 :     $BR
103 :     \(\mathbf N(A^T) \) is a subspace of \(\mathbb R^k\) with \( k = \) \{ans_rule(3)\}.
104 :    
105 :     $PAR
106 :     Give the reduced echelon form of \(A\).
107 :     $BR
108 :     \{ mbox( answer_matrix(4,5,5) )\}
109 :    
110 :    
111 :     $PAR
112 :     Give the dimension of each of the fundamental subspaces:
113 :     $BR
114 :     dim \(\mathbf R(A) = \) \{ ans_rule(5) \}
115 :     $BR
116 :     dim \(\mathbf C(A) = \) \{ ans_rule(5) \}
117 :     $BR
118 :     dim \(\mathbf N(A) = \) \{ ans_rule(5) \}
119 :     $BR
120 :     dim \(\mathbf N(A^T) = \) \{ ans_rule(5) \}
121 :     $PAR
122 :    
123 :     When you have answered all these questions correctly, click on the "Go on to next part" button.
124 :    
125 :     END_TEXT
126 :    
127 :     ANS(num_cmp(5)); ANS(num_cmp(4)); ANS(num_cmp(5)); ANS(num_cmp(4));
128 :    
129 :     ANS(num_cmp(1)); ANS(num_cmp($a)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp($b)); ANS(num_cmp($c));
130 :     ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(1)); ANS(num_cmp($d));
131 :     ANS(num_cmp($d1));
132 :     ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0));
133 :     ANS(num_cmp(0));
134 :     ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0)); ANS(num_cmp(0));
135 :     ANS(num_cmp(0));
136 :    
137 :     ANS(num_cmp(2)); ANS(num_cmp(2)); ANS(num_cmp(3)); ANS(num_cmp(2));
138 :    
139 :     # $cp->useGrader(~~std_problem_grader);
140 :     }
141 :    
142 :     if($part==2){
143 :     BEGIN_TEXT
144 :    
145 :     Recall the original matrix and your reduced echelon form:
146 :    
147 :     \[ \hbox{ \[ A = \left[\begin{array}{r r r r r}
148 :     $m11 & $m12 & $m13 & $m14 & $m15\cr
149 :     $m21 & $m22 & $m23 & $m24 & $m25 \cr
150 :     $m31 & $m32 & $m33 & $m34 & $m35 \cr
151 :     $m41 & $m42 & $m43 & $m44 & $m45
152 :     \end{array} \right]}\quad \text{and} \quad \hbox{\left[\begin{array}{r r r r r}
153 :     1 & $a & 0 & $b & $c\cr
154 :     0 & 0 & 1 & $d & $d1\cr
155 :     0 & 0 & 0 & 0 & 0\cr
156 :     0 & 0 & 0 & 0 & 0
157 :     \end{array} \right]}\quad .
158 :     \]
159 :    
160 :     $PAR
161 :     Give bases for each of the four fundamental subspaces.
162 :     $BR
163 :     \{mbox('\(\mathbf R(A)\):', ans_array(5,1,8),',', ans_array_extension(5,1,8) ) \}
164 :     $BR
165 :     \{mbox( '\(\mathbf C(A)\):', ans_array(4,1,8),',', ans_array_extension(4,1,8) ) \}
166 :     $BR
167 :     \{mbox( '\(\mathbf N(A)\):', ans_array(5,1,8),',', ans_array_extension(5,1,8), ',', ans_array_extension(5,1,8) ) \}
168 :     $BR
169 :     \{mbox('\(\mathbf N(A^T)\):', ans_array(4,1,8),',', ans_array_extension(4,1,8) )\}
170 :     $BR
171 :    
172 :     END_TEXT
173 :    
174 :     ANS(basis_cmp([[1,$a,0,$b,$c],[0,0,1,$d,$d1]]));
175 :     ANS(basis_cmp([[$m11,$m21,$m31,$m41],[$m13,$m23,$m33,$m43]]));
176 :     ANS(basis_cmp([[-$a,1,0,0,0],[-$b,0,-$d,1,0],[-$c,0,-$d1,0,1]]));
177 :     ANS(basis_cmp([[$LN11,$LN12,$LN13,$LN14],[$LN21,$LN22,$LN23,$LN24]]));
178 :    
179 :     }
180 :    
181 :     ENDDOCUMENT(); # This should be the last executable line in the problem.

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