Preview Extract
CONTENTS
Chapter 1
Systems of Linear Equations………………………………………………………… 1
Chapter 2
Matrices ……………………………………………………………………………………27
Chapter 3
Determinants……………………………………………………………………………..64
Chapter 4
Vector Spaces …………………………………………………………………………… 88
Chapter 5
Inner Product Spaces………………………………………………………………..133
Chapter 6
Linear Transformations…………………………………………………………….180
Chapter 7
Eigenvalues and Eigenvectors …………………………………………………..217
C H A P T E R 1
Systems of Linear Equations
Section 1.1
Introduction to Systems of Linear Equations………………………………….2
Section 1.2
Gaussian Elimination and Gauss-Jordan Elimination ……………………..8
Section 1.3
Applications of Systems of Linear Equations ……………………………….14
Review Exercises …………………………………………………………………………………………….21
Project Solutions……………………………………………………………………………………………..26
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
C H A P T E R 1
Systems of Linear Equations
Section 1.1 Introduction to Systems of Linear Equations
2. Because the term xy cannot be rewritten as ax + by for
any real numbers a and b, the equation cannot be written
in the form a1 x + a2 y = b. So, this equation is not
linear in the variables x and y.
14.
y
4
3
2
1
4. Because the terms x 2 and y 2 cannot be rewritten as
ax + by for any real numbers a and b, the equation
cannot be written in the form a1 x + a2 y = b. So, this
equation is not linear in the variables x and y.
4
โ2
โ3
The two lines coincide.
Multiplying the first equation by 2 produces a new first
equation.
8. Choosing y as the free variable, let y = t and obtain
x โ 23 y =
3x โ 12 t = 9
Adding 2 times the first equation to the second equation
produces a new second equation.
x = 3 + 16 t.
x โ 23 y = 2
So, you can describe the solution set as x = 3 + 16 t and
y = t , where t is any real number.
0 = 0
Choosing y = t as the free variable, you obtain
10. Choosing x2 and x3 as free variables, let x3 = t and
x2 = s and obtain 13×1 โ 26 x + 39t = 13.
x = 23 t + 2. So, you can describe the solution set
as x = 23 t + 2 and y = t , where t is any real number.
Dividing this equation by 13 you obtain
x1 โ 2s + 3t = 1
x1 = 1 + 2 s โ 3t.
So, you can describe the solution set as x1 = 1 + 2 s โ 3t ,
x2 = s, and x3 = t , where t and s are any real numbers.
โx + 2y = 3
4
16.
4x + 3y = 7
x
โ3 โ2
x + 3y = 2
x + 3y = 2
โx + 2 y = 3
Adding the first equation to the second equation
produces a new second equation, 5 y = 5 or y = 1.
y
8
(โ 2, 5)
6
โ x + 3y = 17 2
โ8 โ6 โ4 โ2
โ2
(โ1, 1)
โ2
โ3
โ4
2
โ2 x + 43 y = โ4
3x = 9 + 12 t
y
x
โ4 โ3 โ2
6. Because the equation is in the form a1 x + a2 y = b, it is
linear in the variables x and y.
12.
1
x โ 13 y = 1
2
โ2x + 43 y = โ4
x
โ x + 3 y = 17
4x + 3 y = 7
Subtracting the first equation from the second equation
produces a new second equation, 5 x = โ10 or x = โ2.
So, 4( โ2) + 3 y = 7 or y = 5, and the solution is:
x = โ2, y = 5. This is the point where the two lines
intersect.
So, x = 2 โ 3 y = 2 โ 3(1), and the solution is: x = โ1,
y = 1. This is the point where the two lines intersect.
2
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.1
18.
22.
y
3
โ3
Introduction to Systems of Linear Equations
x
โ3
โ6
โ9
3
y
250
6x + 5y = 21
9
150
(6, โ 3)
100
6
0.3x + 0.4y = 68.7
0.2x โ 0.5y = โ27.8
(101, 96)
x โ 5y = 21
x
50
โ50
150
x โ 5 y = 21
0.2 x โ 0.5 y = โ27.8
6 x + 5 y = 21
0.3x + 0.4 y = 68.7
Adding the first equation to the second equation
produces a new second equation, 7 x = 42 or x = 6.
Multiplying the first equation by 40 and the second
equation by 50 produces new equations.
So, 6 โ 5 y = 21 or y = โ3, and the solution is: x = 6,
y = โ3. This is the point where the two lines intersect.
8 x โ 20 y = โ1112
15 x + 20 y = 3435
Adding the first equation to the second equation
produces a new second equation, 23 x = 2323
or x = 101.
y
20.
12
9
6
3
โ3
y+2
xโ1
+
=4
3
2
So, 8(101) โ 20 y = โ1112 or y = 96, and the solution
x โ 2y = 5
(7, 1)
6
3
is: x = 101, y = 96. This is the point where the two
lines intersect.
x
12
x โ1 y + 2
+
= 4
2
3
x โ 2y = 5
Multiplying the first equation by 6 produces a new first
equation.
3x + 2 y = 23
x โ 2y = 5
Adding the first equation to the second equation
produces a new second equation, 4 x = 28 or x = 7.
So, 7 โ 2 y = 5 or y = 1, and the solution is: x = 7,
y = 1. This is the point where the two lines intersect.
y
24.
5
4
3
2
1
โ1
โ2
2
x + 16 y = 23
3
4x + y = 4
x
2 3 4 5 6
2x + 1 y = 2
3
6
3
4x + y = 4
Adding 6 times the first equation to the second equation
produces a new second equation, 0 = 0. Choosing
x = t as the free variable, you obtain y = 4 โ 4t. So,
you can describe the solution as x = t and y = 4 โ 4t ,
where t is any real number.
26. From Equation 2 you have x2 = 3. Substituting this value into Equation 1 produces 2 x1 โ 12 = 6 or x1 = 9.
So, the system has exactly one solution: x1 = 9 and x2 = 3.
28. From Equation 3 you conclude that z = 2. Substituting this value into Equation 2 produces 2 y + 2 = 6 or y = 2.
Finally, substituting y = 2 and z = 2 into Equation 1, you obtain x โ 2 = 4 or x = 6. So, the system has exactly one
solution: x = 6, y = 2, and z = 2.
30. From the second equation you have x2 = 0. Substituting this value into Equation 1 produces x1 + x3 = 0.
Choosing x3 as the free variable, you have x3 = t and obtain x1 + t = 0 or x1 = โt. So, you can describe the
solution set as x1 = โt , x2 = 0, and x3 = t.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
4
Chapter 1
Systems of Linear Equations
38. Adding โ2 times the first equation to the second
equation produces a new second equation.
โ8x + 10y = 14
32. (a)
4
4x โ 5y = 3
โ6
0 = 10
Because the second equation is a false statement, the
original system of equations has no solution.
โ4
(b) This system is inconsistent, because you see two
parallel lines on the graph of the system.
34. (a)
3x + 2 y = 2
6
40. Adding โ6 times the first equation to the second
equation produces a new second equation.
x1 โ 2 x2 = 0
1
x + 13 y = 0
2
2
14 x2 = 0
9x โ 4y = 5
Now, using back-substitution, the system has exactly one
solution: x1 = 0 and x2 = 0.
โ3
3
42. Multiplying the first equation by 32 produces a new first
equation.
โ2
(b) Two lines corresponding to two equations intersect
at a point, so this system is consistent.
(c) The solution is approximately x = 13 and y = โ 12 .
(d) Adding โ18 times the second equation to the first
equation, you obtain โ10 y = 5 or y = โ 12 .
Substituting y = โ 12 into the first equation, you
obtain 9 x = 3 or x = 13. The solution is: x = 13
and y = โ 12 .
(e) The solutions in (c) and (d) are the same.
36. (a)
2
โ3
โ5.3x + 2.1y = 1.25
3
x1 + 14 x2 = 0
4 x1 + x2 = 0
Adding โ4 times the first equation to the second
equation produces a new second equation.
x1 + 14 x2 = 0
0 = 0
Choosing x2 = t as the free variable, you obtain
x1 = โ 14 t. So you can describe the solution set as
x1 = โ 14 t and x2 = t , where t is any real number.
44. To begin, change the form of the first equation.
x1
x
5
+ 2 = โ
3
2
6
3×1 โ x2 = โ 2
Multiplying the first equation by 3 yields a new first
equation.
15.9x โ 6.3y = โ3.75
โ2
(b) Because each equation has the same line as a graph,
there are infinitely many solutions.
(c) All solutions of this system lie on the line
25 . So let x = t , then the solution set is
y = 53
x + 42
21
25 , where t is any real number.
x = t , y = 53
t + 42
21
(d) Adding 3 times the first equation to the second
equation you obtain
โ5.3x + 2.1 y = 1.25
0 = 0.
Choosing x = t as the free variable, you obtain
2.1y = 5.3t + 1.25 or 21 y = 53t + 12.5 or
25 . So, you can describe the solution set
y = 53
t + 42
21
25 , where t is any real
as x = t , y = 53
t + 42
21
number.
(e) The solutions in (c) and (d) are the same.
3
5
x2 = โ
2
2
3×1 โ x2 = โ 2
x1 +
Adding โ3 times the first equation to the second equation
produces a new second equation.
3
5
x2 = โ
2
2
11
11
โ x2 =
2
2
x1 +
Multiplying the second equation by โ
2
yields a new
11
second equation.
x1 +
3
5
x2 = โ
2
2
x2 = โ1
Now, using back-substitution, the system has exactly one
solution: x1 = โ1 and x2 = โ1.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.1
46. Multiplying the first equation by 20 and the second
equation by 100 produces a new system.
Introduction to Systems of Linear Equations
50. Interchanging the first and third equations yields a new
system.
x1 โ 0.6 x2 = 4.2
x1 โ 11×2 + 4 x3 = 3
7 x1 +
2 x1 + 4 x2 โ
2 x2 = 17
Adding โ7 times the first equation to the second
equation produces a new second equation.
x1 โ 0.6 x2 =
4.2
6.2 x2 = โ12.4
Now, using back-substitution, the system has exactly one
solution: x1 = 3 and x2 = โ2.
48. Adding the first equation to the second equation yields a
new second equation.
x+
y + z = 2
Adding โ2 times the first equation to the second
equation yields a new second equation.
x1 โ 11×2 + 4 x3 = 3
26 x2 โ 9 x3 = 1
5 x1 โ 3 x2 + 2 x3 = 3
Adding โ5 times the first equation to the third equation
yields a new third equation.
x1 โ 11×2 + 4 x3 =
3
26 x2 โ 9 x3 =
1
Adding โ4 times the first equation to the third equation
yields a new third equation.
x+
y +
z = 2
4 y + 3z = 10
โ3 y โ 4 z = โ4
Dividing the second equation by 4 yields a new second
equation.
x+
y +
y +
5
2
Adding 3 times the second equation to the third equation
yields a new third equation.
y +
z = 2
3z
4
โ 74 z
= 52
= 72
Multiplying the third equation by โ 74 yields a new third
equation.
x+ y +
At this point, you realize that Equations 2 and 3 cannot
both be satisfied. So, the original system of equations has
no solution.
52. Adding โ4 times the first equation to the second
equation and adding โ2 times the first equation to the
third equation produces new second and third equations.
z = 2
y + 34 z =
Now, using back-substitution the system has exactly one
solution: x = 0, y = 4, and z = โ2.
13
โ2 x2 โ 15 x3 = โ45
โ2 x2 โ 15 x3 = โ45
The third equation can be disregarded because it is the
same as the second one. Choosing x3 as a free variable
and letting x3 = t , you can describe the solution as
x1 = 13 โ 4t
โ 15
x2 = 45
t
2
2
x3 = t , where t is any real number.
54. Adding โ3 times the first equation to the second
equation produces a new second equation.
x1 โ 2 x2 + 5 x3 = 2
8 x2 โ 16 x3 = โ8
5
2
z = โ2
+ 4 x3 =
x1
z = 2
3z =
4
โ3 y โ 4 z = โ4
x + y +
52 x2 โ 18 x3 = โ12
= 4
y
x3 = 7
5 x1 โ 3 x2 + 2 x3 = 3
4 y + 3 z = 10
4x +
5
Dividing the second equation by 8 yields a new second
equation.
x1 โ 2 x2 + 5 x3 = 2
x2 โ 2 x3 = โ1
Adding 2 times the second equation to the first equation
yields a new first equation.
x1
+
x3 = 0
x2 โ 2 x3 = โ1
Letting x3 = t be the free variable, you can describe the
solution as x1 = โt , x2 = 2t โ 1, and x3 = t , where t is
any real number.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
6
Chapter 1
Systems of Linear Equations
56. Adding โ2 times the first equation to the fourth
equation, yields
+ 3×4 = 4
x1
2 x2 โ
x3 โ
8 x + 3 y + 3 z = 0.
Multiplying the fourth equation by โ1, and interchanging
it with the second equation, yields
+ 3 x4 = 4
Adding โ4 times the first equation to the second equation,
and โ8 times the first equation to the third, yields
x +
โ 2 x4 =
2 x2 โ
x3 โ
1
x4 = 0.
Adding โ3 times the second equation to the third, and
โ2 times the second equation to the fourth, produces
x1
+ 3 x4 = 4
x2 โ 4 x3 + 6 x4 =
7 x3 โ 13 x4 = โ6.
Dividing the third equation by 12 yields
+ 3 x4 =
4
x2 โ 4 x3 + 6 x4 =
3
x3 โ
5x
3 4
= โ 23
7 x3 โ 13 x4 = โ6.
Adding โ7 times the third equation to the fourth yields
x1
โ9 y + 3 z = 0.
Adding โ3 times the second equation to the third
equation yields
x +
= 0
3y
2
โ3 y โ z = 0
6 z = 0.
3
12 x3 โ 20 x4 = โ8
x1
= 0
3y
2
โ3 y โ z = 0
x2 โ 4 x3 + 6 x4 = 3
3×2
= 0
4x + 3y โ z = 0
1
โ x2 + 4 x3 โ 6 x4 = โ3.
x1
Dividing the first equation by 2 produces
x + 32 y
x4 = 0
โ 2 x4 =
3×2
62. x = y = z = 0 is clearly a solution.
Using back-substitution, you conclude there is exactly
one solution: x = y = z = 0.
64. x = y = z = 0 is clearly a solution.
Dividing the first equation by 12 yields
5 y + 1 z = 0
x + 12
12
12 x + 4 y โ
z = 0.
Adding โ12 times the first equation to the second yields
5 y + 1 z = 0
x + 12
12
+ 3 x4 =
4
x2 โ 4 x3 + 6 x4 =
3
Letting z = t be the free variable, you can describe the
x3 โ 53 x4 = โ 32
solution as x = 34 t , y = โ2t , and z = t , where t is any
4x
3 4
=
4
3.
Using back-substitution, the original system has exactly
one solution: x1 = 1, x2 = 1, x3 = 1, and x4 = 1.
Answers may vary slightly for Exercises 58โ60.
58. Using a computer software program or graphing utility,
you obtain x = 0.8, y = 1.2, z = โ2.4.
60. Using a computer software program or graphing utility,
you obtain
x = 6.8813, y = โ163.3111, z = โ210.2915,
w = โ59.2913.
โ y โ 2 z = 0.
real number.
66. Let x = the speed of the plane that leaves first and y =
the speed of the plane that leaves second.
y โ x = 80
Equation 1
2 x + 32 y = 3200
โ2 x + 2 y =
2x +
3
y
2
7
y
2
Equation 2
160
= 3200
= 3360
y =
960
960 โ x = 80
x = 880
Solution: First plane: 880 kilometers per hour; second
plane: 960 kilometers per hour
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.1
68. (a) False. Any system of linear equations is either
consistent, which means it has a unique solution,
or infinitely many solutions; or inconsistent, which
means it has no solution. This result is stated on
page 5 of the text, and will be proved later in
Theorem 2.5.
(b) True. See definition on page 6 of the text.
(c) False. Consider the following system of three linear
equations with two variables.
2 x + y = โ3
Introduction to Systems of Linear Equations
72. Substituting A =
โ6 x โ 3 y = 9
=
x
1.
2 A + 3B =
0
3A โ 4B = โ
25.
6
Reduce the system to row-echelon form.
8 A + 12 B =
0
9 A โ 12 B = โ
25
2
0
8 A + 12 B =
x1 โ x2 + x3 = 3
Letting x3 = t and x2 = s be the free variables, you can
describe the solution as x1 = 3 + s โ t , x2 = s, and
x3 = t , where t and s are any real numbers.
2A +
= โ
So, A = โ
25
25
1
and B =
. Because A = and
x
34
51
1
, the solution of the original system of equations
y
34
51
is: x = โ and y =
.
25
25
1
1
1
, B = , and C = into the original system yields
y
z
x
B โ 2C = 5
3A โ 4B
2A +
25
2
17 A
B =
โ x1 + x2 โ x3 = โ3
74. Substituting A =
1
1
and B = into the original system
y
x
yields
The solution to this system is: x = 1, y = โ5.
70. Because x1 = t and x2 = s, you can write
x3 = 3 + s โ t = 3 + x2 โ x1. One system could be
7
= โ1
B + 3C = 0.
Reduce the system to row-echelon form.
2 A + B โ 2C = 5
3A โ 4B
= โ1
5C = โ5
3A โ
4B
=
โ1
โ11B + 6C = โ17
5C = โ5
So, C = โ1. Using back-substitution, โ11B + 6( โ1) = โ17, or B = 1 and 3 A โ 4(1) = โ1, or A = 1. Because
A = 1 x, B = 1 y , and C = 1 z , the solution of the original system of equations is: x = 1, y = 1, and z = โ1.
76. Multiplying the first equation by sin ฮธ and the second by cos ฮธ produces
(sin ฮธ cos ฮธ ) x + (sin 2 ฮธ ) y = sin ฮธ
โ(sin ฮธ cos ฮธ ) x + (cos 2 ฮธ ) y = cos ฮธ .
Adding these two equations yields
(sin 2 ฮธ + cos2 ฮธ ) y = sin ฮธ + cos ฮธ
y = sin ฮธ + cos ฮธ .
So,
(cos ฮธ ) x + (sin ฮธ ) y = (cos ฮธ ) x + sin ฮธ (sin ฮธ + cos ฮธ ) = 1 and
x =
(1 โ sin 2 ฮธ โ sin ฮธ cos ฮธ ) = (cos2 ฮธ โ sin ฮธ cos ฮธ ) = cos ฮธ โ sin ฮธ .
cos ฮธ
cos ฮธ
Finally, the solution is x = cos ฮธ โ sin ฮธ and y = cos ฮธ + sin ฮธ .
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
8
Chapter 1
Systems of Linear Equations
78. Interchange the two equations and row reduce.
x โ 32 y = โ6
kx + y = 4
86. If c1 = c2 = c3 = 0, then the system is consistent
because x = y = 0 is a solution.
88. Multiplying the first equation by c, and the second by a,
produces
x โ 32 y = โ6
acx + bcy = ec
( 32 k + 1) y = 4 + 6k
acx + day = af .
= โ 23 , there will be an infinite number of
So, if k
Subtracting the second equation from the first yields
acx + bcy = ec
solutions.
(ad โ bc) y = af โ ec.
80. Reduce the system.
So, there is a unique solution if ad โ bc โ 0.
x + ky = 2
(1 โ k ) y = 4 โ 2k
2
If k = ยฑ1, there will be no solution.
82. Interchange the first two equations and row reduce.
x +
y +
z = 0
ky + 2kz = 4k
โ3 y โ
z =
z = 0
โ3 โ2 โ1
โ2
x
1
4 5
The two lines coincide.
2x โ 3y = 7
0 = 0
y + 2z = 4
5 z = 13.
Letting y = t , x =
Because this system has exactly one solution, the answer
is all k โ 0.
84. Reducing the system to row-echelon form produces
x +
3
2
1
โ4
โ5
1
If k = 0, then there is an infinite number of solutions.
Otherwise,
x + y +
y
90.
5y +
z = 0
y โ
2z = 0
(a โ 10) y + (b โ 2) z = c
x + 5y + z = 0
y โ 2z = 0
(2a + b โ 22) z = c.
7 + 3t
.
2
The graph does not change.
92. 21x โ 20 y =
0
13x โ 12 y = 120
Subtracting 5 times the second equation from 3 times the
first equation produces a new first equation,
โ2 x = โ600, or x = 300. So, 21(300) โ 20 y = 0 or
y = 315, and the solution is: x = 300, y = 315. The
graphs are misleading because they appear to be parallel,
but they actually intersect at (300, 315).
So, you see that
(a) if 2a + b โ 22 โ 0, then there is exactly one
solution.
(b) if 2a + b โ 22 = 0 and c = 0, then there is an
infinite number of solutions.
(c) if 2a + b โ 22 = 0 and c โ 0, there is no solution.
Section 1.2 Gaussian Elimination and Gauss-Jordan Elimination
2. Because the matrix has 4 rows and 1 column, it has size
4 ร 1.
6. Because the matrix has 1 row and 5 columns, it has size
1 ร 5.
4. Because the matrix has 1 row and 1 column, it has size
1 ร 1.
โก 3 โ1 โ4โค
โก3 โ1 โ4โค
8. โข
โฅ โ โข
โฅ
โฃโ4 3 7โฆ
โฃ5 0 โ5โฆ
Add 3 times Row 1 to Row 2.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.2
Gaussian Elimination and Gauss-Jordan Elimination
3 โ2โค
โกโ1 โ2
โกโ1 โ2 3 โ2โค
โข
โฅ
โข
โฅ
10. โข 2 โ 5
1 โ 7โฅ โ โข 0 โ 9 7 โ11โฅ
โข 5
โข 0 โ 6 8 โ 4โฅ
4 โ7
6โฅโฆ
โฃ
โฃ
โฆ
Add 2 times Row 1 to Row 2.
Add 5 times Row 1 to Row 3.
12. Because the matrix is in reduced row-echelon form, you
can convert back to a system of linear equations
x1 = 2
24. The matrix satisfies all three conditions in the definition
of row-echelon form. Moreover, because each column
that has a leading 1 (columns one and four) has zeros
elsewhere, the matrix is in reduced row-echelon form.
26. The augmented matrix for this system is
โก 2 6 16โค
โข
โฅ.
โฃโ2 โ6 โ16โฆ
Use Gauss-Jordan elimination as follows.
8โค
โก 2 6 16โค
โก 1 3
โก 1 3 8โค
โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
โฅ
โฃโ2 โ6 โ16โฆ
โฃโ2 โ6 โ16โฆ
โฃ0 0 0โฆ
x2 = 3.
14. Because the matrix is in row-echelon form, you can
convert back to a system of linear equations
x1 + 2 x2 + x3 = 0
x3 = โ1.
Using back-substitution, you have x3 = โ1. Letting
x2 = t be the free variable, you can describe the
solution as x1 = 1 โ 2t , x2 = t , and x3 = โ1, where
t is any real number.
16. Gaussian elimination produces the following.
โก2 1 1 0โค
โก 1 0 1 0โค
โข
โฅ
โข
โฅ
1
โ
2
1
โ
2
โ
โข
โฅ
โข 1 โ2 1 โ2โฅ
โข 1 0 1 0โฅ
โข2 1 1 0โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
Converting back to a system of linear equations, you have
x + 3 y = 8.
Choosing y = t as the free variable, you can describe
the solution as x = 8 โ 3t and y = t , where t is any
real number.
28. The augmented matrix for this system is
โก2 โ1 โ0.1โค
โข
โฅ.
โฃ3 2 1.6โฆ
Gaussian elimination produces the following.
1โค
โก1 โ 12 โ 20
โก2 โ1 โ0.1โค
โข
โฅ โ โข
8โฅ
2
โฅ
โฃ 3 2 1.6โฆ
5โฆ
โฃโข3
โก 1 โ 12
โ โข
7
2
โฃโข0
โก 1 0 1 0โค
โก 1 0 1 0โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โ โข0 โ2 0 โ2โฅ โ โข0 1 0 1โฅ
โข2 1 1 0โฅ
โข2 1 1 0โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โก 1 0 1 0โค
โก 1 0 1 0โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โ โข0 1 0 1โฅ โ โข0 1 0 1โฅ
โข0 1 โ1 0โฅ
โข0 0 1 1โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
Because the matrix is in row-echelon form, convert back
to a system of linear equations.
+ x3 = 0
x1
x2
9
= 1
x3 = 1
By back-substitution, x1 = โ x3 = โ1. So, the solution
is: x1 = โ1, x2 = 1, and x3 = 1.
18. Because the fourth row of this matrix corresponds to the
equation 0 = 2, there is no solution to the linear
system.
20. Because the leading 1 in the first row is not farther to the
left than the leading 1 in the second row, the matrix is
not in row-echelon form.
1โค
โ 20
โฅ
7
โฅ
4โฆ
1โค
โก 1 โ 12 โ 20
โก1 0
โ โข
โฅ โ โข
1
1
โขโฃ0
โขโฃ0 1
2โฅ
โฆ
1โค
5
โฅ
1
2โฅ
โฆ
Converting back to a system of equations, the solution is:
x = 15 and y = 12 .
30. The augmented matrix for this system is
โก1 2 0โค
โข
โฅ
โข1 1 6โฅ.
โข3 โ2 8โฅ
โฃ
โฆ
Gaussian elimination produces the following.
โก1 2 0โค
โก 1 2 0โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โข1 1 6โฅ โ โข0 โ1 6โฅ
โข3 โ2 8โฅ
โข0 โ8 8โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
0โค
โก 1 2 0โค
โก1 2
โข
โฅ
โข
โฅ
1 โ6โฅ โ โข0 1 โ6โฅ
โ โข0
โข0 โ8 8โฅ
โข0 0 โ40โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
Because the third row corresponds to the equation
0 = โ 40, you conclude that the system has no solution.
22. The matrix satisfies all three conditions in the definition
of row-echelon form. However, because the third column
does not have zeros above the leading 1 in the third row,
the matrix is not in reduced row-echelon form.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
10
Chapter 1
Systems of Linear Equations
32. The augmented matrix for this system is
โก2 โ1 3 24โค
โข
โฅ
โข0 2 โ1 14โฅ.
โข7 โ5 0 6โฅ
โฃ
โฆ
Gaussian elimination produces the following.
3 12โค
3
3
โก1 โ 1
โก1 โ 1
โก1 โ 1
12โค
โก2 โ1 3 24โค
2
2
2
2
2
2
โข
โฅ
โข
โฅ
โข
โข
โฅ
1
2 โ1 14โฅ โ โข0
2 โ1 14โฅ โ โข0
1 โ2
โข0 2 โ1 14โฅ โ โข0
โข7 โ5 0 6โฅ
โข0 โ 3 โ 21 โ78โฅ
โข0
โข7 โ5 0 6โฅ
0 โ 45
โฃ
โฆ
2
2
4
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
12โค
โฅ
7โฅ
โฅ
โ 135
2 โฆ
Back-substitution now yields
x3 = 6
x2 = 7 + 12 x3 = 7 + 12 (6) = 10
x1 = 12 โ 32 x3 + 12 x2 = 12 โ 23 (6) + 12 (10) = 8.
So, the solution is: x1 = 8, x2 = 10, and x3 = 6.
34. The augmented matrix for this system is
โก 1 1 โ5 3โค
โข 1 0 โ2 1โฅ.
โข
โฅ
โขโฃ2 โ1 โ1 0โฅโฆ
Subtracting the first row from the second row yields a new second row.
โก 1 1 โ5 3โค
โข0 โ1 3 โ2โฅ
โข
โฅ
โขโฃ2 โ1 โ1 0โฅโฆ
Adding โ2 times the first row to the third row yields a new third row.
โก 1 1 โ5 3โค
โข0 โ1 3 โ2โฅ
โข
โฅ
โขโฃ0 โ3 9 โ6โฅโฆ
Multiplying the second row by โ1 yields a new second row.
3โค
โก 1 1 โ5
โข0
โฅ
โ
1
3
2
โข
โฅ
โขโฃ0 โ3 9 โ6โฅโฆ
Adding 3 times the second row to the third row yields a new third row.
โก 1 1 โ5 3โค
โข0 1 โ3 2โฅ
โข
โฅ
โขโฃ0 0 0 0โฅโฆ
Adding โ1 times the second row to the first row yields a new first row.
โก 1 0 โ2 1โค
โข0 1 โ3 2โฅ
โข
โฅ
โขโฃ0 0 0 0โฅโฆ
Converting back to a system of linear equations produces
x1
โ 2 x3 = 1
x2 โ 3 x3 = 2.
Finally, choosing x3 = t as the free variable, you can describe the solution as x1 = 1 + 2t , x2 = 2 + 3t , and x3 = t ,
where t is any real number.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.2
Gaussian Elimination and Gauss-Jordan Elimination
11
36 The augmented matrix for this system is
1
8โค
โก 1 2
โข
โฅ.
โฃโ3 โ6 โ3 โ21โฆ
Gaussian elimination produces the following matrix.
โก 1 2 1 8โค
โข
โฅ
โฃ0 0 0 3โฆ
Because the second row corresponds to the equation 0 = 3, there is no solution to the original system.
38. The augmented matrix for this system is
โก2
โข
โข3
โข1
โข
โฃโข5
1 โ1
2 โ6โค
โฅ
1 1โฅ
.
5 2 6 โ3โฅ
โฅ
2 โ1 โ1 3โฅโฆ
4
0
Gaussian elimination produces the following.
โก1
โข
โข3
โข2
โข
โขโฃ5
6 โ3โค
5
2
6 โ3โค
5
2
6 โ3โค
โก1
โก1
โฅ
โข
โฅ
โข
6
17 โ 10 โฅ
1 1โฅ
0
โ
11
โ
6
โ
17
10
0
1
โฅ โ โข
11
11
11 โฅ
โ โข
โข0 โ9 โ5 โ10 0โฅ
โข0 โ9 โ5 โ10
1 โ1 2 โ6โฅ
0โฅ
โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
โขโฃ0 โ23 โ11 โ31 18โฅโฆ
โขโฃ0 โ23 โ11 โ31 18โฅโฆ
2 โ1 โ1 3โฅโฆ
5
2
4
0
โก1
โข
โข0
โ โข
0
โข
โขโฃ0
โก1
โข
โข0
โ โข
0
โข
โขโฃ0
5
2
6
1
6
11
1
โ 11
17
11
17
11
43
11
50
11
0
0
โ3โค
โก1
โฅ
โข
10
โ 11 โฅ
โข0
โ
โข0
1 โ 43
90โฅ
โฅ
โข
781
1562
โ 11 โฅโฆ
0
โขโฃ0
11
5
2
6
1
6
11
17
11
0
0
โ3โค
โก1
โฅ
โข
10
โ 11 โฅ
โข0
โ
90 โฅ
โข0
โ 11
โฅ
โข
โฅ
โขโฃ0
โ 32
11 โฆ
โ3โค
โฅ
โ 10
1
11 โฅ
0 1 โ 43 90โฅ
โฅ
50 โ 32 โฅ
0 17
11
11
4โฆ
5
2
6
6
11
17
11
โ3โค
โฅ
โ 10
11 โฅ
1 โ 43 90โฅ
โฅ
0
1 โ2โฅโฆ
5
2
6
1
6
11
17
11
0
0
Back-substitution now yields
w = โ2
z = 90 + 43w = 90 + 43( โ2) = 4
6 z โ 17 w = โ 10 โ 6 4 โ 17 โ2 = 0
โ 11
y = โ 10
( ) 11 ( )
11
11
11 ( )
11 ( )
.
x = โ3 โ 5 y โ 2 z โ 6w = โ3 โ 5(0) โ 2( 4) โ 6( โ2) = 1.
So, the solution is: x = 1, y = 0, z = 4, and w = โ2.
40. Using a computer software program or graphing utility,
you obtain
x1 = 1
x2 = โ1
x3 = 2
x4 = 0
x5 = โ2
x6 = 1.
42. The corresponding equations are
x1
= 0
x2 + x3 = 0.
Choosing x4 = t and x3 = t as the free variables, you
can describe the solution as x1 = 0, x2 = โ s, x3 = s,
and x4 = t , where s and t are any real numbers.
44. The corresponding equations are all 0 = 0. So, there are
three free variables. So, x1 = t , x2 = s, and x3 = r ,
where t , s, and r are any real numbers.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
12
Chapter 1
Systems of Linear Equations
46. x = number of $1 bills
y = number of $5 bills
z = number of $10 bills
w = number of $20 bills
x + 5 y + 10 z + 20w = 95
x +
y +
z +
w = 26
y โ 4z
x โ 2y
= 0
= โ1
โก 1 5 10 20 95โค
โก1
โข
โฅ
โข
โข 1 1 1 1 26โฅ โ โข0
โข0
โข0
1 โ4 0 0โฅ
โข
โฅ
โข
โขโฃ0
โฃโข 1 โ2 0 0 โ1โฅโฆ
0 0 0 15โค
โฅ
1 0 0 8โฅ
0 1 0 2โฅ
โฅ
0 0 1 1โฅโฆ
x = 15
y = 8
z = 2
w =1
The server has 15 $1 bills, 8 $5 bills, 2 $10 bills, and one $20 bill.
48. (a) If A is the augmented matrix of a system of linear equations, then the number of equations in this system is three
(because it is equal to the number of rows of the augmented matrix). The number of variables is two because it is
equal to the number of columns of the augmented matrix minus one.
(b) Using Gaussian elimination on the augmented matrix of a system, you have the following.
3 โค
โก 2 โ1 3โค
โก2 โ1
โข
โฅ
โข
โฅ
โขโ4 2 k โฅ โ โข0 0 k + 6โฅ
โข 4 โ2 6โฅ
โข0 0
0 โฅโฆ
โฃ
โฆ
โฃ
This system is consistent if and only if k + 6 = 0, so k = โ6.
If A is the coefficient matrix of a system of linear equations, then the number of equations is three, because it is equal
to the number of rows of the coefficient matrix. The number of variables is also three, because it is equal to the number
of columns of the coefficient matrix.
Using Gaussian elimination on A you obtain the following coefficient matrix of an equivalent system.
3 โค
โก1 โ 1
2
2
โข
โฅ
0 k + 6โฅ
โข0
โข0
0
0 โฅโฆ
โฃ
Because the homogeneous system is always consistent, the homogeneous system with the coefficient matrix A is
consistent for any value of k.
50. Using Gaussian elimination on the augmented matrix, you have the following.
โก1
โข
โข0
โข1
โข
โฃโขa
1 0 0โค
โก1
โข
โฅ
0
1 1 0โฅ
โ โข
โข
โฅ
0
0 1 0
โข
โฅ
b c 0โฆโฅ
โฃโข0
1
1
โ1
(b โ a )
0 0โค
โก1
โฅ
โข
1 0โฅ
0
โ โข
โฅ
โข
1 0
0
โฅ
โข
c 0โฆโฅ
โฃโข0
1
0
1
1
0
2
0
( a โ b + c)
0โค
โก1
โฅ
โข
0โฅ
0
โ โข
โฅ
โข
0
0
โฅ
โข
0โฆโฅ
โฃโข0
1 0 0โค
โฅ
1 1 0โฅ
0 1 0โฅ
โฅ
0 0 0โฆโฅ
From this row reduced matrix you see that the original system has a unique solution.
52. Because the system composed of Equations 1 and 2 is consistent, but has a free variable, this system must have an infinite
number of solutions.
54. Use Gauss-Jordan elimination as follows.
3โค
โก1 2 3โค
โก1 2
โก1 2 3โค
โก 1 0 โ1โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
โข4 5 6โฅ โ โข0 โ3 โ6โฅ โ โข0 1 2โฅ โ โข0 1 2โฅ
โข7 8 9โฅ
โข0 โ6 โ12โฅ
โข0 0 0โฅ
โข0 0 0โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.2
Gaussian Elimination and Gauss-Jordan Elimination
13
56. Begin by finding all possible first rows
[0 0 0], [0 0 1], [0 1 0], [0 1 a], [1 0 0], [1 0 a], [1 a b], [1 a 0],
where a and b are nonzero real numbers. For each of these examine the possible remaining rows.
โก0 0 0โค โก0 0 1โค โก0 1 0โค โก0 1 0โค โก0 1 aโค
โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ
โข0 0 0โฅ , โข0 0 0โฅ , โข0 0 0โฅ , โข0 0 1โฅ , โข0 0 0โฅ ,
โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โก1 0 0โค โก1 0 0โค โก1 0 0โค โก1 0 0โค โก1 0 0โค
โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ
โข0 0 0โฅ , โข0 1 0โฅ , โข0 1 0โฅ , โข0 0 1โฅ , โข0 1 aโฅ ,
โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 1โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โก1 a 0โค โก1 a 0โค โก1 a bโค โก1 0 aโค โก1 0 aโค
โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ โข
โฅ
โข0 0 0โฅ , โข0 0 1โฅ , โข0 0 0โฅ , โข0 0 0โฅ , โข0 1 0โฅ
โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ โข0 0 0โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
โฆ
58. (a) False. A 4 ร 7 matrix has 4 rows and 7 columns.
(b) True. Reduced row-echelon form of a given matrix is unique while row-echelon form is not. (See also exercise 64
of this section.)
(c) True. See Theorem 1.1 on page 21.
(d) False. Multiplying a row by a nonzero constant is one of the elementary row operations. However, multiplying a row
of a matrix by a constant c = 0 is not an elementary row operation. (This would change the system by eliminating the
equation corresponding to this row.)
โก1 2โค
โก1 0โค
60. No, the row-echelon form is not unique. For instance, โข
โฅ and โข
โฅ. The reduced row-echelon form is unique.
โฃ0 1โฆ
โฃ0 1โฆ
62. First, you need a โ 0 or c โ 0. If a โ 0, then you have
b
โกa
โค
b โค
โกa b โค
โข
โฅ โ โกa
โ
cb
โข
โฅ
โข
โฅ.
โข
โฅ
+b
0 โ
โฃc d โฆ
โฃ0 ad โ bcโฆ
โขโฃ
โฅ
a
โฆ
So, ad โ bc = 0 and b = 0, which implies that d = 0. If c โ 0, then you interchange rows and proceed.
d
โกc
โค
d โค
โกa b โค
โข
โฅ โ โกc
โ
ad
โข
โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
โ bcโฆ
c
d
0
ad
โ
+
0
b
โฃ
โฆ
โฃ
c
โฃโข
โฆโฅ
โก1 0โค
โกa b โค
Again, ad โ bc = 0 and d = 0, which implies that b = 0. In conclusion, โข
โฅ if and only if
โฅ is row-equivalent to โข
c
d
โฃ0 0โฆ
โฃ
โฆ
b = d = 0, and a โ 0 or c โ 0.
64. Row reduce the augmented matrix for this system.
ฮป
0โค
โก1
ฮป 0โค
โกฮป โ 1 2 0โค
โก 1
โฅ
โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
2
ฮป 0โฆ
โขโฃ0 ( โฮป + ฮป + 2) 0โฅโฆ
โฃ 1
โฃฮป โ 1 2 0โฆ
To have a nontrivial solution you must have
ฮป2 โ ฮป โ 2 = 0
(ฮป โ 2)(ฮป + 1) = 0.
So, if ฮป = โ1 or ฮป = 2, the system will have nontrivial solutions.
66. Answers will vary. Sample answer: Because the third
row consists of all zeros, choose a third equation that is a
multiple of one of the other two equations.
x + 3 z = โ2
68. A matrix is in reduced row-echelon form if every column
that has a leading 1 has zeros in every position above and
below its leading 1. A matrix in row-echelon form may
have any real numbers above the leading 1โs.
y + 4z = 1
2 y + 8z = 2
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
14
Chapter 1
Systems of Linear Equations
Section 1.3 Applications of Systems of Linear Equations
2. (a) Because there are three points, choose a second-degree polynomial, p ( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 . Then substitute
x = 0, 2, and 4 into p ( x) and equate the results to y = 0, โ 2, and 0, respectively.
a0 + a1 (0) + a2 (0) = a0
2
= 0
a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2 = โ 2
2
a0 + a1 ( 4) + a2 ( 4) = a0 + 4a1 + 16a2 = 0
2
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system.
โก1 0 0
0โค
0โค
โก1 0 0
โข
โฅ
โข
โฅ
1
2
4
โ
2
โ
0
1
0
โ
2โฅ
โข
โข
โฅ
โข0 0 1
1โฅ
โข1 4 16
0โฅโฆ
โฃ
โฃ
2โฆ
So, p ( x) = โ 2 x + 12 x 2 .
y
(b)
4
(0, 0)
โ2
(4, 0)
x
2
โ2
4
6
(2, โ2)
โ4
4. (a) Because there are three points, choose a second-degree polynomial, p( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 . Then substitute
x = 2, 3, and 4 into p( x) and equate the results to y = 4, 4, and 4, respectively.
a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2 = 4
2
a0 + a1 (3) + a2 (3) = a0 + 3a1 + 9a2 = 4
2
a0 + a1 ( 4) + a2 ( 4) = a0 + 4a1 + 16a2 = 4
2
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system.
โก1 2 4 4โค
โก1 0 0 4โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โข1 3 9 4โฅ โ โข0 1 0 0โฅ
โข1 4 16 4โฅ
โข0 0 1 0โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
So, p( x) = 4.
y
(b)
5
(2, 4)
(4, 4)
(3, 4)
3
2
1
x
1
2
3
4
5
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.3
Applications of Systems of Linear Equations
15
6. (a) Because there are four points, choose a third-degree polynomial, p ( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 + a3 x3 . Then substitute
x = 0, 1, 2, and 3 into p ( x) and equate the results to y = 42, 0, โ 40, and โ 72, respectively.
a0 + a1 (0) + a2 (0) + a3 (0) = a0
2
a0 + a1 (1) + a2 (1)
3
+ a3 (1)
2
3
= 42
= a0 + a1 + a2
+ a3
a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) + a3 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2 + 8a3
2
3
= 0
= โ 40
a0 + a1 (3) + a2 (3) + a3 (3) = a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 = โ 72
2
2
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system.
โก1
โข
โข1
โข1
โข
โฃโข1
42โค
โก1
โฅ
โข
0โฅ
0
โ โข
โฅ
โข
2 4 8 โ 40
0
โฅ
โข
3 9 27 โ 72โฅโฆ
โฃโข0
0 0
0
1 1
1
42โค
โฅ
1 0 0 โ 41โฅ
0 1 0 โ 2โฅ
โฅ
0 0 1
1โฆโฅ
0 0 0
So, p ( x) = 42 โ 41x โ 2 x 2 + x3 .
y
(b)
60
30
(0, 42)
(1, 0)
x
โ4 โ2
โ60
โ90
4 6 8 10
(3, โ72)
(2, โ40)
8. (a) Because there are five points, choose a fourth-degree polynomial, p ( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 + a3 x3 + a4 x 4 . Then
substitute x = โ 4, 0, 4, 6, and 8 into p ( x) and equate the results to y = 18, 1, 0, 28, and 135, respectively.
a0 + a1 ( โ 4) + a2 ( โ 4) + a3 (โ 4) + a4 (โ 4) = a0 โ 4a1 + 16a2 โ
2
3
a0 + a1 (0)
+ a2 ( 0 )
2
a0 + a1 ( 4)
+ a2 ( 4)
2
+ a3 ( 4)
a0 + a1 (6)
+ a2 ( 6 )
2
+ a3 (6)
a0 + a1 (8)
+ a2 (8)
2
+ a3 (8)
4
+ a3 (0)
3
3
3
3
+ a4 (8)
64a3 + 256a4 = 18
+ a 4 ( 0)
4
= a0
+ a4 ( 4)
4
= a0 + 4a1 + 16a2 + 64a3 + 256a4 = 0
+ a4 ( 6)
4
= a0 + 6a1 + 36a2 + 216a3 + 1296a4 = 28
4
= a0 + 8a1 + 64a2 + 512a3 + 4096a4 = 135
=1
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system.
โก1
โก1 โ 4 16 โ 64 256 18โค
โข
โข
โฅ
0 0
0
0
1โฅ
โข0
โข1
โข1
4 16
64 256
0โฅ โ โข0
โข
โข
โฅ
โข0
6 36 216 1296 28โฅ
โข1
โข
โข
โฅ
8 64 512 4096 135โฆ
โฃ1
โฃโข0
0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
1โค
3โฅ
4โฅ
โ 12 โฅ
โฅ
3โฅ
โ 16
1โฅ
โฅ
16 โฆ
3 3
1 x 4 = 1 16 + 12 x โ 8 x 2 โ 3 x 3 + x 4 .
So, p ( x) = 1 + 34 x โ 12 x 2 โ 16
x + 16
)
16 (
y
(b)
(8, 135)
120
80
(0, 1) (6, 28)
40
(4, 0)
(โ 4, 18)
โ8 โ4
x
4
8
12
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
16
Chapter 1
Systems of Linear Equations
10. Assume that the equation of the ellipse is x 2 + ax + by 2 + cy โ d = 0. Because each of the given points lies on the ellipse,
you have the following linear equations.
(โ 5) + a(โ 5) + b(1) + c(1) โ d = โ 5a + b + c โ d + 25 = 0
2
2
(โ3) + a(โ 3) + b(2) + c( 2) โ d = โ 3a + 4b + 2c โ d + 9 = 0
2
2
(โ1) + a(โ1) + b(1) + c(1) โ d = โ a + b + c โ d + 1 = 0
2
2
โ d + 9 = 0
( โ 3) + a(โ 3) + b(0) + c(0) โ d = โ 3a
2
2
Use Gauss-Jordan elimination on the system.
โกโ 5
โข
โขโ 3
โข โ1
โข
โฃโขโ 3
1 1 โ1 โ 25โค
โก1
โฅ
โข
4 2 โ1 โ 9โฅ
0
โ โข
โข0
1 1 โ1
โ1โฅ
โฅ
โข
0 0 โ1 โ 9โฅโฆ
โขโฃ0
6โค
โฅ
1 0 0
4โฅ
0 1 0 โ 8โฅ
โฅ
0 0 1 โ 9โฅโฆ
0 0 0
( x + 3) + ( y โ 1)
2
So, the equation of the ellipse is x 2 + 6 x + 4 y 2 โ 8 y + 9 = 0 or
4
1
2
= 1.
12. (a) Because there are four points, choose a third-degree polynomial, p ( x ) = a0 + a1 x + a2 x 2 + a3 x3 . Then substitute
x = 1, 1.189, 1.316, and 1.414 into p ( x) and equate the results to y = 1, 1.587, 2.080, and 2.520, respectively.
a0 + a1 (1)
+ a2 (1)
+ a3 (1)
2
3
= a0 +
a1 +
a2 +
a3 = 1
a0 + a1 (1.189) + a2 (1.189) + a3 (1.189) โ a0 + 1.189a1 + 1.414a2 + 1.681a3 = 1.587
2
3
a0 + a1 (1.316) + a2 (1.316) + a3 (1.316) โ a0 + 1.316a1 + 1.732a2 + 2.279a3 = 2.080
2
3
a0 + a1 (1.414) + a2 (1.414) + a3 (1.414) โ a0 + 1.414a1 + 1.999a2 + 2.827 a3 = 2.520
2
3
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system.
โก1
โข
โข1
โข1
โข
โฃโข1
1
1
1
โค
โก1
โฅ
โข
1.189 1.414 1.681 1.587 โฅ
0
โ โข
โฅ
โข
1.316 1.732 2.279 2.080
0
โฅ
โข
1.414 1.999 2.827 2.520โฆโฅ
โฃโข0
1
0 0 0 โ 0.095โค
โฅ
1 0 0
0.103โฅ
0 1 0
0.405โฅ
โฅ
0 0 1 0.587โฆโฅ
So, p ( x) โ โ 0.095 + 0.103 x + 0.405 x 2 + 0.587 x3 .
y
(b)
4
3
2
1
โ3 โ2
(1.414, 2.520)
(1.316, 2.080)
(1.189, 1.587)
(1, 1)
x
โ1
โ2
โ3
โ4
1
2
3
14. Choosing a second-degree polynomial approximation p( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 , substitute x = 1, 2, and 4
into p( x) and equate the results to y = 0, 1, and 2, respectively.
a0 + a1 +
a2 = 0
a0 + 2a1 + 4a2 = 1
a0 + 4a1 + 16a2 = 2
The solution to this system is a0 = โ 43 , a1 = 32 , and a2 = โ 16 .
So, p( x) = โ 43 + 23 x โ 16 x 2 .
Finally, to estimate log 2 3, calculate p(3) = โ 43 + 23 (3) โ 16 (3) = 53 .
2
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.3
Applications of Systems of Linear Equations
17
16. Assume that the equation of the ellipse is ax 2 + cy 2 + dx + ey + f = 0. Because each of the given points lies on the ellipse,
you have the following linear equations.
a( โ 5) + c(1) + d (โ5) + e(1) + f = 25a + c โ
5d + e + f = 0
a( โ 3) + c( 2) + d ( โ3) + e( 2) + f = 9a + 4c โ
3d + 2e + f = 0
a( โ1) + c(1) + d ( โ1) + e(1) + f =
d + e + f = 0
2
2
2
2
2
2
a + c โ
a( โ 3) + c(0) + d ( โ3) + e(0) + f = 9a
2
2
โ 3d
+ f = 0
Use Gauss-Jordan elimination on the system.
โก25
โข
โข 9
โข 1
โข
โขโฃ 9
โก1
1 1 0โค
โข
โฅ
4 โ3 2 1 0โฅ
โข0
โ โข
โฅ
1 โ1 1 1 0
โข0
โฅ
โข0
0 โ3 0 1 0โฅโฆ
โฃ
1 โ5
0 0 0 โ 19
1 0 0
0 1 0
0 0 1
โ 94
โ 23
8
9
0โค
โฅ
0โฅ
0โฅโฅ
0โฅโฆ
Letting f = t be the free variable, you have a = 19 t , c = 94 t , d = 32 t , e = โ 98 t , and f = t , where t is any real number.
18. (a) Letting z =
x โ 1940
, the four data points are (0, 132), (1, 151), ( 2, 179), and (3, 203).
10
Let p ( z ) = a0 + a1 z + a2 z 2 + a3 z 3 . Substituting the points into p ( z ) produces the following system of linear equations.
a0 + a1 (0) + a2 (0) + a3 (0) = a0
2
3
= 132
a0 + a1 (1) + a2 (1) + a3 (1) = a0 + a1 + a2 +
a3 = 151
a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) + a3 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2 +
8a3 = 179
2
2
3
3
a0 + a1 (3) + a2 (3) + a3 (3) = a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 = 203
2
3
Form the augmented matrix
โก1
โข
โข1
โข1
โข
โขโฃ1
132 โค
โฅ
1 1 1 151 โฅ
2 4 8 179 โฅ
โฅ
3 9 27 203โฅโฆ
0 0 0
and use Gauss-Jordan elimination to obtain the equivalent reduced row-echelon matrix
โก1
โข
โข0
โข
โข
โข0
โข
โข0
โฃ
132โค
โฅ
61โฅ
1 0 0
6โฅ
โฅ.
0 1 0
11โฅ
13 โฅ
0 0 1 โ โฅ
6โฆ
0 0 0
So, the cubic polynomial is p ( z ) = 132 +
61
13 3
z + 11z 2 โ
z .
6
6
2
Because z =
3
x โ 1940
61โ x โ 1940 โ
13 โ x โ 1940 โ
โ x โ 1940 โ
, p ( x) = 132 +
โ
โ + 11โ
โ โ โ
โ .
10
6โ
10
10
6โ
10
โ
โ
โ
โ
(b) To estimate the population in 1980, let x = 1980. p (1980) = 132 +
61
13 3
2
( 4) + 11( 4) โ ( 4) = 210 million, which is
6
6
less than the actual population of 227 million.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
18
Chapter 1
Systems of Linear Equations
20. (a) Letting z = x โ 2000, the five points are ( 2, 244.5), (3, 256.3), ( 4, 285.2), (5, 312.4), and (6, 345.0).
Let p ( z ) = a0 + a1 z + a2 z 2 + a3 z 3 + a4 z 4 .
a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) + a3 ( 2) + a4 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2
+ 8a3
+ 16a4
= 244.5
a0 + a1 (3) + a2 (3) + a3 (3) + a4 (3) = a0 + 3a1 + 9a2
+ 27 a3 + 81a4
= 256.3
2
3
2
4
3
4
a0 + a1 ( 4) + a2 ( 4) + a3 ( 4) + a4 ( 4) = a0 + 4a1 + 16a2 + 64a3
2
3
4
+ 256a4 = 285.2
a0 + a1 (5) + a2 (5) + a3 (5) + a4 (5) = a0 + 5a1 + 25a2 + 125a3 + 625a4 = 312.4
2
3
4
a0 + a1 (6) + a2 (6) + a3 (6) + a4 (6) = a0 + 6a1 + 36a2 + 216a3 + 1296a4 = 345.0
2
3
4
(b) Use Gauss-Jordan elimination to solve the system.
โก1
โข
โข1
โข1
โข
โข1
โข
โฃ1
2
3
4
5
6
โก
โข1
โข
โข
4 8
16
244.5โค
โข0
โฅ
9 27 81
256.3โฅ
โข
16 64 256 285.2โฅ โ โขโข0
โฅ
โข
25 125 625 312.4โฅ
โข0
โฅ
36 216 1296 345.0โฆ
โข
โข
โข0
โฃโข
0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
4769 โค
10 โฅ
โฅ
33,433 โฅ
โ
120 โฅ
โฅ
27,209 โฅ
240 โฅ
โฅ
2189 โฅ
โ
120 โฅ
โฅ
259 โฅ
240 โฆโฅ
4769
33,433
27,209 2
2189 3
259 4
โ
z +
z โ
z +
z .
10
120
240
120
240
So, p ( z ) =
Letting z = x โ 2000, p ( x) =
( x โ 2000) +
3
4769
33,433
27,209
2189
2
โ
( x โ 2000) +
( x โ 2000) โ
10
120
240
120
259
4
( x โ 2000) .
240
To determine the reasonableness of the model for years after 2006, compare the predicted values for 2007โ2009 to the
actual values.
x
2007
2008
2009
p ( x)
416
584.3
934.7
Actual
374.5
401.2
405.0
The predicted values are not close to the actual values.
22. Let
p1 ( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 +
p2 ( x) = b0 + b1x + b2 x 2 +
+ an โ1x n โ1 and
+ bn โ1 x n โ1
be two different polynomials that pass through the n given points. The polynomial
p1 ( x) โ p2 ( x) = ( a0 โ b0 ) + ( a1 โ b1 ) x + ( a2 โ b2 ) x 2 +
+ ( an โ1 โ bn โ1 ) x n โ1
is zero for these n values of x. So, a0 = b0 , a1 = b1 , a2 = b2 , โฆ, an โ1 = bn โ1.
Therefore, there is only one polynomial function of degree n โ 1 (or less) whose graph passes through n points in the plane
with distinct x-coordinates.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 1.3
Applications of Systems of Linear Equations
24. Let p( x) = a0 + a1x + a2 x 2 be the equation of the
parabola. Because the parabola passes through the points
(0, 1) and
26. Choose a fourth-degree polynomial and substitute
x = 1, 2, 3, and 4 into
( 12 , 12 ), you have
a0 + a1 (0) + a2 (0) = a0
2
()
= 1
( ) = a + 12 a + 14 a = 12 .
a0 + a1 12 + a2 12
2
0
1
2
Because p( x) has a horizontal tangent at
19
( 12 , 12 ), the
derivative of p( x), pโฒ( x) = a1 + 2a2 x, equals zero
when x = 12 . So, you have a third linear equation
()
a1 + 2a2 12 = a1 + a2 = 0.
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix
for this linear system.
p( x) = a0 + a1 x + a2 x 2 + a3 x 3 + a4 x 4 . However,
when you substitute x = 3 into p( x) and equate it to
y = 2 and y = 3 you get the contradictory equations
a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 + 81a4 = 2
a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 + 81a4 = 3
and must conclude that the system containing these two
equations will have no solution. Also, y is not a function
of x because the x-value of 3 is repeated. By similar
reasoning, you cannot choose
p( y ) = b0 + b1 y + b2 y 2 + b3 y 3 + b4 y 4 because
y = 1 corresponds to both x = 1 and x = 2.
1โค
โก 1 0 0 1โค
โก1 0 0
โข 1 1 1โฅ
โข
โฅ
1
โ
0
1
0
โ
2
โข
โข
โฅ
2 4 2โฅ
โข0 1 1 0โฅ
โข0 0 1 2โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
So, p( x) = 1 โ 2 x + 2 x 2 .
y
1
1
2
(0, 1)
( 12, 12 )
x
1
2
1
28. (a) Each of the networkโs four junctions gives rise to a linear equation as shown below.
input = output
300 = x1 + x2
x1 + x3 = x4 + 150
x2 + 200 = x3 + x5
x4 + x5 = 350
Rearrange these equations, form the augmented matrix, and use Gauss-Jordan elimination.
โก 1 1 0 0 0 300โค
โก 1 0 1 0 1 500โค
โข 1 0 1 โ1 0 150โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ โ โข0 1 โ1 0 โ1 โ200โฅ
โข0 1 โ1 0 โ1 โ200โฅ
โข0 0 0 1 1 350โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
0โฆ
โฃ0 0 0 1 1 350โฆ
โฃ0 0 0 0 0
Letting x5 = t and x3 = s be the free variables, you have
x1 = 500 โ s โ t
x2 = โ200 + s + t
x3 = s
x4 = 350 โ t
x5 = t , where t and s are any real numbers.
(b) If x2 = 200 and x3 = 50, then you have s = 50 and t = 350.
So, the solution is: x1 = 100, x2 = 200, x3 = 50, x4 = 0, and x5 = 350.
(c) If x2 = 150 and x3 = 0, then you have s = 0 and t = 350.
So, the solution is: x1 = 150, x2 = 150, x3 = 0, x4 = 0, and x5 = 350.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
20
Chapter 1
Systems of Linear Equations
30. (a) Each of the networkโs four junctions gives rise to a linear equation as shown below.
input = output
400 + x2 = x1
x1 + x3 = x4 + 600
300 = x2 + x3 + x5
x4 + x5 = 100
Rearrange these equations, form the augmented matrix, and use Gauss-Jordan elimination.
โก 1 โ1 0 0 0 400โค
โก 1 0 1 0 1 700โค
โข 1 0 1 โ1 0 600โฅ
โข0 1 1 0 1 300โฅ
โข
โฅ โ โข
โฅ
โข0 1 1 0 1 300โฅ
โข0 0 0 1 1 100โฅ
โข0 0 0 1 1 100โฅ
โข0 0 0 0 0
0โฅโฆ
โฃ
โฆ
โฃ
Letting x5 = t and x3 = s be the free variables, you can describe the solution as
x1 = 700 โ s โ t
x2 = 300 โ s โ t
x3 = s
x4 = 100 โ t
x5 = t , where t and s are any real numbers.
(b) If x3 = 0 and x5 = 100, then the solution is: x1 = 600, x2 = 200, x3 = 0, x4 = 0, and x5 = 100.
(c) If x3 = x5 = 100, then the solution is: x1 = 500, x2 = 100, x3 = 100, x4 = 0, and x5 = 100.
32. Applying Kirchoffโs first law to three of the four junctions produces
I1 + I 3 = I 2
I1 + I 4 = I 2
I3 + I 6 = I5
and applying the second law to the three paths produces
R1I1 + R2 I 2 = 3I1 + 2 I 2 = 14
R2 I 2 + R4 I 4 + R5 I 5 + R3 I 3 = 2 I 2 + 2 I 4 + I 5 + 4 I 3 = 25
R5 I 5 + R6 I 6 =
I5 +
I 6 = 8.
Rearrange these equations, form the augmented matrix, and use Gauss-Jordan elimination.
โก 1 โ1
โข
โข 1 โ1
โข0 0
โข
โข3 2
โข
โข0 2
โข0 0
โฃ
1 0
0 0
0
0 0
1
1 0 โ1 1
0 0
0 0
4 2
1 0
0 0
1 1
0โค
โก1
โข
โฅ
0โฅ
โข0
โข0
โฅ
0
โฅ โ โข
โข0
14โฅ
โข
โฅ
25โฅ
โข0
โข0
โฅ
8โฆ
โฃ
0 0 0 0 0 2โค
โฅ
1 0 0 0 0 4โฅ
0 1 0 0 0 2โฅ
โฅ
0 0 1 0 0 2โฅ
โฅ
0 0 0 1 0 5โฅ
0 0 0 0 1 3โฅโฆ
So, the solution is: I1 = 2, I 2 = 4, I 3 = 2, I 4 = 2, I 5 = 5, and I 6 = 3.
34. (a) For a set of n points with distinct x-values, substitute the points into the polynomial
p ( x) = a0 + a1 x +
+ an โ1 x n โ1 . This creates a system of linear equations in a0 , a1 ,
an โ1. Solving the system gives
values for the coefficients an , and the resulting polynomial fits the original points.
(b) In a network, the total flow into a junction is equal to the total flow out of a junction. So, each junction determines an
equation, and the set of equations for all the junctions in a network forms a linear system. In an electrical network,
Kirchhoffโs Laws are used to determine additional equations for the system.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Review Exercises for Chapter 1
50 + 25 + T2 + T3
4
50 + 25 + T1 + T4
T2 =
4
25 + 0 + T1 + T4
T3 =
4
25 + 0 + T2 + T3
T4 =
4
21
36. T1 =
4T1 โ
โ
T2 โ
โ T1
= 75
T3
โ T1 + 4T2
โ
T4 = 75
+ 4T3 โ
T4 = 25
โ T2 โ
T3 + 4T4 = 25
Use Gauss-Jordan elimination to solve this system.
โก 4 โ1 โ1 0
โข
โขโ1 4 0 โ1
โขโ1 0 4 โ1
โข
โขโฃ 0 โ1 โ1 4
75โค
โก1
โฅ
โข
75โฅ
0
โ โข
โฅ
โข
25
0
โฅ
โข
โขโฃ0
25โฅโฆ
0 0 0 31.25โค
โฅ
1 0 0 31.25โฅ
0 1 0 18.75โฅ
โฅ
0 0 1 18.75โฅโฆ
So, T1 = 31.25ยฐC, T2 = 31.25ยฐC, T3 = 18.75ยฐC, and T4 = 18.75ยฐC.
38.
3x 2 โ 7 x โ 12
( x + 4)( x โ 4)
2
A
B
C
+
+
x + 4
x โ 4 ( x โ 4)2
=
3x 2 โ 7 x โ 12 = A( x โ 4) + B( x + 4)( x โ 4) + C ( x + 4)
2
3x 2 โ 7 x โ 12 = Ax 2 โ 8 Ax + 16 A + Bx 2 โ 16 B + Cx + 4C
3x 2 โ 7 x โ 12 = ( A + B ) x 2 + ( โ8 A + C ) x + 16 A โ 16 B + 4C
So,
A +
โ8 A
=
B
3
+ C = โ7
16 A โ 16 B + 4C = โ12.
Use Gauss-Jordan elimination to solve the system.
1 0
3โค
โก 1
โก 1 0 0 1โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โ
8
0
1
โ
7
โ
โข
โฅ
โข0 1 0 2โฅ
โข 16 โ16 4 โ12โฅ
โข0 0 1 1โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
The solution is: A = 1, B = 2, and C = 1.
So,
3x 2 โ 7 x โ 12
( x + 4)( x โ 4)
2
=
1
2
1
+
+
x + 4
x โ 4 ( x โ 4)2
40. Use Gauss-Jordan elimination to solve the system.
โก0 2 2 โ2โค
โก 1 0 0 25โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โข2 0 1 โ1โฅ โ โข0 1 0 50โฅ
โข2 1 0 100โฅ
โข0 0 1 โ51โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
So, x = 25, y = 50, and ฮป = โ51.
Review Exercises for Chapter 1
2. Because the equation cannot be written in the form
a1 x + a2 y = b, it is not linear in the variables x and y.
4. Because the equation is in the form a1 x + a2 y = b, it is
linear in the variables x and y.
6. Because the equation is in the form a1 x + a2 y = b, it is
linear in the variables x and y.
8. Choosing x2 and x3 as the free variables and letting
x2 = s and x3 = t , you have
3×1 + 2s โ 4t = 0
3×1 = โ2 s + 4t
x1 = 13 ( โ2 s + 4t ).
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
22
Chapter 1
Systems of Linear Equations
10. Row reduce the augmented matrix for this system.
โก1 1 โ1โค
โก 1 1 โ1โค
โก 1 1 โ1โค
โก 1 0 2โค
โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
โฅ
3
2
0
0
1
3
0
1
3
โ
โ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ0 1 โ3โฆ
Converting back to a linear system, the solution is x = 2 and y = โ3.
12. Rearrange the equations, form the augmented matrix, and row reduce.
7โค
โก1 0
3โค
โก 1 โ1
โก 1 โ1 3โค
โก 1 โ1 3โค
3
โฅ.
โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข0 1 โ 2 โฅ โ โข
2
0
1
โ
4
1
10
0
3
2
โ
โ
โข
โฅ
โข
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
3โฆ
โฃ
3โฅ
โฃ
โฆ
Converting back to a linear system, you obtain the solution x = 73 and y = โ 23 .
14. Rearrange the equations, form the augmented matrix, and row reduce.
โก 4 1 0โค
โก 1 โ1 0โค
โก 1 โ1 0โค
โก 1 0 0โค
โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
โฅ โ โข
โฅ.
โฃโ1 1 0โฆ
โฃ4 1 0โฆ
โฃ0 5 0โฆ
โฃ0 1 0โฆ
Converting back to a linear system, the solution is x = y = 0.
16. Row reduce the augmented matrix for this system.
3โค
3โค
โก 1 3
โก1 3
โก40 30 24โค
4
5 โ
5
โฅ
โข 4
โฅ
โข
โฅ โ โข
โขโฃ20 15 โ14โฅโฆ
โขโฃ0 0 โ26โฅโฆ
โฃ20 15 โ14โฆ
Because the second row corresponds to the false
statement 0 = โ26, the system has no solution.
18. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
โก1
โข3
โขโฃ2
3โค
โก 1 0 โ3โค
โฅ โ โข
โฅ
3 15โฅโฆ
โฃ0 1 7โฆ
4
7
28. The matrix satisfies all three conditions in the definition
of row-echelon form. Because each column that has a
leading 1 (columns 2 and 3) has zeros elsewhere, the
matrix is in reduced row-echelon form.
30. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
3
1 10โค
5โค
โก2
โก1 0 0
โข
โฅ
โข
โฅ
โข2 โ3 โ3 22โฅ โ โข0 1 0 2โฅ
โข4 โ2 3 โ2โฅ
โข0 0 1 โ6โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
So, the solution is: x = 5, y = 2, and z = โ6.
So, the solution is: x = โ3, y = 7.
20. Multiplying both equations by 100 and forming the
augmented matrix produces
โก20 โ10 7โค
โข
โฅ.
โฃ40 โ50 โ1โฆ
Gauss-Jordan elimination yields the following.
7โค
โก 1 โ1 7 โค
โก1 โ 1
2
20 โ
2
20
โข
โฅ
โข
โฅ
โฃโข40 โ50 โ1โฆโฅ
โฃโข0 โ30 โ15โฆโฅ
โก1 โ 1
2
โ โข
1
โฃโข0
7โค
โก1
20 โ
โฅ
โข
1
โฅ
2โฆ
โฃโข0
32. Use the Gauss-Jordan elimination on the augmented
matrix.
โก1 0 2 3โค
โก2 1 2 4โค
2
โข
โฅ
โข
โฅ
โข2 2 0 5โฅ โ โข0 1 โ2 1โฅ
โข0 0 0 0โฅ
โข2 โ1 6 2โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
Choosing z = t as the free variable, you can describe
the solution as x = 32 โ 2t , y = 1 + 2t , and z = t ,
where t is any real number.
0
1
3โค
5
โฅ
1
โฅ
2โฆ
So, the solution is: x = 53 and y = 12 .
22. Because the matrix has 3 rows and 2 columns, it has size
3 ร 2.
24. This matrix corresponds to the system
x1 + 2 x2 + 3 x3 = 0
0 = 1.
Because the second equation is impossible, the system
has no solution.
26. The matrix satisfies all three conditions in the definition
of row-echelon form. Because each column that has a
leading 1 (columns 1 and 4) has zeros elsewhere, the
matrix is in reduced row-echelon form.
34. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
โก1 0 0 โ 3โค
โก2 0 6 โ9โค
4
โข
โฅ
โข
โฅ
0โฅ
โข 3 โ2 11 โ16โฅ โ โข0 1 0
โข0 0 1 โ 5 โฅ
โข
โฅ
โฃ 3 โ1 7 โ11โฆ
4โฆ
โฃ
So, the solution is: x = โ 34 , y = 0, and z = โ 54 .
36. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
โก2 5 โ19 34โค
โก 1 0 3 2โค
โข
โฅ โ โข
โฅ
3
8
31
54
โ
โฃ
โฆ
โฃ0 1 โ5 6โฆ
Choosing x3 = t as the free variable, you can describe
the solution as x1 = 2 โ 3t , x2 = 6 + 5t , and
x3 = t , where t is any real number.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Review Exercises for Chapter 1
38. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
โก1
โข
โข0
โข0
โข
โข2
โข
โฃ2
0 14โค
โก1
โฅ
โข
0 3โฅ
โข0
โฅ
0 3 8 6 16 โ โข0
โฅ
โข
โข0
4 0 0 โ2 0โฅ
โฅ
โข
0 โ1 0 0 0โฆ
โฃ0
5
3 0
4
2 5
48. Use Gaussian elimination on the augmented matrix.
2โค
โฅ
0โฅ
0 1 0 0 4โฅ
โฅ
0 0 1 0 โ1โฅ
โฅ
0 0 0 1 2โฆ
โก1
โก 1 โ1 2 0โค
โข
โข
โฅ
โขโ1 1 โ1 0โฅ โ โข0
โข0
โข 1 k
1 0โฅโฆ
โฃ
โฃ
0 0 0 0
1 0 0 0
โก1
โข
โ โข0
โข0
โฃ
So, the solution is: x1 = 2, x2 = 0, x3 = 4, x4 = โ1,
and x5 = 2.
5 0 0โค
โฅ
0 1 0โฅ
.
0 0 1โฅ
โฅ
0 0 0โฅโฆ
0
( k + 1)
โ1
(k + 1)
0
2 0โค
โฅ
โ1 0โฅ
1 0โฅโฆ
โก2 โ1 1 aโค
โข
โฅ
โข 1 1 2 bโฅ
โข0 3 3 cโฅ
โฃ
โฆ
42. Using a graphing utility, the augmented matrix reduces to
โก 1 0 0 1.5 0โค
โข
โฅ
โข0 1 0 0.5 0โฅ.
โข0 0 1 0.5 0โฅ
โฃ
โฆ
Choosing w = t as the free variable, you can describe
the solution as x = โ1.5t , y = โ0.5t , z = โ0.5t ,
w = t , where t is any real number.
Use Gaussian elimination to reduce the matrix to
row-echelon form.
1
โก
โข1 โ 2
โข
1
โข1
โข
0
3
โฃ
1
2
2
3
1
โก
aโค
โข1 โ 2
โข
2โฅ
โฅ โ โข
3
bโฅ
โข0
2
โฅ
โข
cโฆ
3
โฃโข0
44. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
3
2
โ 52
0โค
โฅ
0โฆโฅ
Letting x3 = t be the free variable, you have x1 = โ 32 t ,
x2 = 52 t , and x3 = t , where t is any real number.
46. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix.
โก 1 0 37
โก1 3 5 0โค
2
โข
โฅ โ โข
1
9
1
4
0
0
1
โ
โฅโฆ
โฃโข
2
โฃโข
2
0โค
โฅ
1 0โฅ
โ1 0โฅโฆ
2
50. Form the augmented matrix for the system.
The system is inconsistent, so there is no solution.
โก1 0
โก2 4 โ7 0โค
โข
โฅ โ โข
1
โ
3
9
0
โขโฃ0 1
โฃ
โฆ
โ1
So, there will be exactly one solution (the trivial solution
x = y = z = 0) if and only if k โ โ1.
40. Using a graphing utility, the augmented matrix reduces to
โก1
โข
โข0
โข0
โข
โขโฃ0
23
0โค
โฅ
0โฆโฅ
Choosing x3 = t as the free variable, you can describe
t , x2 = 92 t , and x3 = t , where
the solution as x1 = โ 37
2
โ
1
2
3
2
3
a โค
2 โฅ
โฅ
2b โ a โฅ
2 โฅ
โฅ
c โฆโฅ
1
โก
โข1 โ 2
โข
โ โข
1
โข0
โข
3
โขโฃ0
1
2
1
โก
โข1 โ 2
โข
โ โข
1
โข0
โข
0
โฃโข0
a
โค
โฅ
2
โฅ
2b โ a โฅ
1
โฅ
3
โฅ
0 c โ 2b + aโฆโฅ
1
3
a โค
2 โฅ
โฅ
2b โ a โฅ
3 โฅ
โฅ
c โฅโฆ
1
2
(a) If c โ 2b + a โ 0, then the system has no solution.
(b) The system cannot have one solution.
(c) If c โ 2b + a = 0, then the system has infinitely
many solutions.
t is any real number.
52. Find all possible first rows, where a and b are nonzero real numbers.
[0 0 0], [0 0 1], [0 1 0], [0 1 a], [1 0 0], [1 a 0], [1 a b], [1 0 a]
For each of these, examine the possible second rows.
โก0 0 0โค โก0 0 1โค โก0 1 0โค โก0 1 0โค
โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ,
โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 1โฆ
โก0 1 aโค โก1 0 0โค โก1 0 0โค โก1 0 0โค โก1 0 0โค
โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ,
โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 0โฆ โฃ0 1 0โฆ โฃ0 0 1โฆ โฃ0 1 aโฆ
โก1 a 0โค โก1 a 0โค โก1 a bโค โก1 0 aโค โก1 0 aโค
โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ, โข
โฅ
โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 1โฆ โฃ0 0 0โฆ โฃ0 0 0โฆ โฃ0 1 0โฆ
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
24
Chapter 1
Systems of Linear Equations
54. Use Gaussian elimination on the augmented matrix.
โก(ฮป + 2)
โข
โข โ2
โข 1
โฃ
โ2
(ฮป โ 1)
2
โก1
3 0โค
2
ฮป
0โค
2
โก1
โข
โฅ
โข
โฅ
6 0โฅ โ โข0 ฮป + 3
6 + 2ฮป
0โฅ โ โข0 ฮป + 3
โข
2
โฅ
โข
โฅ
ฮป 0โฆ
โขโฃ0
0
โฃ0 โ2ฮป โ 6 โฮป โ 2ฮป + 3 0โฆ
ฮป
6 + 2ฮป
(ฮป โ 2ฮป โ 15)
2
0โค
โฅ
0โฅ
โฅ
0โฅโฆ
So, you need ฮป 2 โ 2ฮป โ 15 = (ฮป โ 5)(ฮป + 3) = 0, which implies ฮป = 5 or ฮป = โ3.
56. (a) True. A homogeneous system of linear equations
is always consistent, because there is always a
trivial solution, i.e., when all variables are equal to
zero. See Theorem 1.1 on page 21.
(b) False. Consider, for example, the following system
(with three variables and two equations).
62. (a) Because there are four points, choose a third-degree
polynomial, p( x) = a0 + a1x + a2 x 2 + a3 x3 .
By substituting the values at each point into this
equation, you obtain the system
a0 โ a1 + a2 โ a3 = โ1
x+ y โ z = 2
โ2 x โ 2 y + 2 z = 1.
a0 + a1 + a2 + a3 = 1
It is easy to see that this system has no solution.
a0 + 2a1 + 4a2 + 8a3 = 4.
Use Gauss-Jordan elimination on the augmented
matrix.
58. From the following chart, you obtain a system of
equations.
โก1
1 โ1 โ1โค
โข
โฅ
0 0โฅ
โข0
โ โข
โฅ
0
1 1 1
โข
โฅ
โข
4 8 4โฆโฅ
โฃ0
A
B
C
Mixture X
1
5
2
5
2
5
Mixture Y
0
0
1
โก1 โ1
โข
โข1 0
โข1 1
โข
โฃโข1 2
Mixture Z
1
3
1
3
1
3
So, p( x) = 23 x + 13 x3.
Desired Mixture
6
27
8
27
13
27
2 x + y + 1 z = 13
5
3
27
12
2
1
5
โ y = 27
To obtain the desired mixture, use 10 gallons of
spray X, 5 gallons of spray Y, and 12 gallons of spray Z.
( x + 1) ( x โ 1)
2
=
A
B
C
+
+
x + 1 x โ 1 ( x + 1)2
3x 2 + 3x โ 2 = A( x + 1)( x โ 1) + B( x + 1) + C ( x โ 1)
2
3x 2 + 3x โ 2 = Ax 2 โ A + Bx 2 + 2 Bx + B + Cx โ C
3x 2 + 3x โ 2 = ( A + B ) x 2 + ( 2 B + C ) x โ A + B โ C
So,
A +
=
3
2B + C =
3
B
โA +
(2, 4)
3
โฌ x = 27 , z = 27
10
0 0 0 0โค
โฅ
1 0 0 23 โฅ
0 1 0 0โฅ
โฅ
0 0 1 13 โฅโฆ
y
(b)
2x + 1z = 8
5
3
27 โช
โญ
3x 2 + 3x โ 2
0
4
1x + 1z = 6 โซ
5
3
27 โช
60.
= 0
a0
(โ 1, โ 1)
(1, 1)
x
(0, 0) 2
3
64. Substituting the points, (1, 0), (2, 0), (3, 0), and (4, 0)
into the polynomial p( x) yields the system
a0 + a1 +
a2 +
a3 = 0
a0 + 2a1 + 4a2 + 8a3 = 0
a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 = 0
a0 + 4a1 + 16a2 + 64a3 = 0.
Gaussian elimination shows that the only solution is
a0 = a1 = a2 = a3 = 0.
B โ C = โ2.
Use Gauss-Jordan elimination to solve the system.
3โค
โก 1 1 0
โก 1 0 0 2โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โ
0
2
1
3
โข
โฅ
โข0 1 0 1โฅ
โขโ1 1 โ1 โ2โฅ
โข0 0 1 1โฅ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
The solution is: A = 2, B = 1, and C = 1.
So,
3x 2 + 3x โ 2
( x + 1) ( x โ 1)
2
=
2
1
1
+
+
.
x + 1 x โ 1 ( x + 1)2
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Review Exercises for Chapter 1
25
66. s = 12 at 2 + v0t + s0
(a) When t = 1: s = 134: 12 a(1) + v0 (1) + s0 = 134 โ a + 2v0 + 2 s0 = 268
2
When t = 2: s = 86: 12 a( 2) + v0 ( 2) + s0 = 86 โ 2a + 2v0 + s0 = 86
2
When t = 3: s = 6: 12 a(3) + v0 (3) + s0 = 6 โ 9a + 6v0 + 2 s0 = 12
2
Use Gaussian elimination to solve the system.
a +
2v0 + 2 s0 =
268
2a +
2v0 +
s0 =
86
9a +
6v0 + 2 s0 =
12
a +
2v0 + 2s0 =
268
โ 2v0 โ 3s0 =
โ450
โ12v0 โ 16s0 = โ2400
a +
2v0 +
2 s0 =
โ 2v0 โ
3s0 = โ450
3v0 +
4 s0 =
600
2v0 + 2 s0 =
268
a +
โ 2v0 โ
(โ2)Eq.1 + Eq.2
(โ9)Eq.1 + Eq.3
268
(โ 14 )Eq.3
3s0 = โ450
โ s0 = โ150
3Eq.2 + 2Eq.3
โ s0 = โ150 โ s0 = 150
โ2v0 โ 3(150) = โ450 โ v0 = 0
a + 2(0) + 2(150) = 268 โ a = โ32
The position equation is s = 12 ( โ32)t 2 + (0)t + 150, or s = โ16t 2 + 150.
68. (a) First find the equations corresponding to each node in the network.
input = output
x1 + 200 = x2 + x4
x6 + 100 = x1 + x3
x2 + x3 = x5 + 300
x4 + x5 =
(b) When x3 = 100 = r , x5 = 50 = s,
and x6 = 50 = t , you have
x1 = 100 โ 100 + 50 = 50
x2 = 300 โ 100 + 50 = 250
x4 = โ50 + 50 = 0.
x6
Rearranging this system and forming the augmented matrix, you have
โก 1 โ1
โข
โข1 0
โข0 1
โข
โฃโข0 0
0 โ1
0
1
0 โ1
1
0
0 โ200โค
โฅ
100โฅ
.
0 โ1 0 300โฅ
โฅ
1 1 โ1
0โฅโฆ
0
The equivalent reduced row-echelon matrix is
โก1
โข
โข0
โข0
โข
โขโฃ0
0 1 0
0 โ1 100โค
โฅ
0 300โฅ
.
1 โ1
0โฅ
โฅ
0 0
0โฅโฆ
1 1 0 โ1
0 0 1
0 0 0
Choosing x3 = r , x5 = s, and x6 = t as the free variables, you obtain
x1 = 100 โ r + t
x2 = 300 โ r + s
x4 = โ s + t ,
where r , s, and t are any real numbers.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
26
Chapter 1
Systems of Linear Equations
Project Solutions for Chapter 1
1 Graphing Linear Equations
3
โก1
โค
โ 12
โก 2 โ1 3โค
2
1. โข
โฅ
โฅ โ โข
1a 6 โ 3a
0
+
b
6
a
b
โขโฃ
โฅ
โฃ
โฆ
2
2 โฆ
(a) Unique solution if b + 12 a โ 0. For instance, a = b = 2.
(b) Infinite number of solutions if b + 12 a = 6 โ 32 a = 0 โ a = 4 and b = โ2.
(c) No solution if b + 12 a = 0 and 6 โ 32 a โ 0 โ a โ 4 and b = โ 12 a. For instance, a = 2, b = โ1.
y
(d) 2x + 2y = 6 y 2x โ y = 3
4
3
2
1
3
2
1
โ4
x
โ2
โ4
2 3
1
2 3 4
โ2
โ3
y = 3
(b) 2 x โ
2x + 2 y = 6
x
โ2
x
โ2
โ2
โ3
(a) 2 x โ
y
2x โ y = 3
โ2
โ3
2x โ y = 3
2x โ y = 6
y = 3
(c) 2 x โ y = 3
4x โ 2 y = 6
2x โ y = 6
(The answers are not unique.)
2. (a) x + y + z = 0
(b)
x + y + z = 0
(c)
x + y + z = 0
x + y + z = 0
y + z =1
x + y + z = 1
xโ y โ z = 0
z = 2
xโ y โ z = 0
(The answers are not unique.)
There are other configurations, such as three mutually parallel planes or three planes that intersect pairwise in lines.
2 Underdetermined and Overdetermined Systems of Equations
1. Yes, x + y = 2 is a consistent underdetermined system.
2. Yes,
x+
y = 2
2x + 2 y = 4
3x + 3 y = 6
is a consistent, overdetermined system.
3. Yes,
x + y + z = 1
x + y + z = 2
is an inconsistent underdetermined system.
4. Yes,
x + y =1
x + y = 2
5. In general, a linear system with more equations than
variables would probably be inconsistent. Here is an
intuitive reason: Each variable represents a degree of
freedom, while each equation gives a condition that in
general reduces number of degrees of freedom by one.
If there are more equations (conditions) than variables
(degrees of freedom), then there are too many conditions
for the system to be consistent. So you expect such a
system to be inconsistent in general. But, as Exercise 2
shows, this is not always true.
6. In general, a linear system with more variables than
equations would probably be consistent. As in Exercise 5,
the intuitive explanation is as follows. Each variable
represents a degree of freedom, and each equation
represents a condition that takes away one degree of
freedom. If there are more variables than equations, in
general, you would expect a solution. But, as Exercise 3
shows, this is not always true.
x + y = 3
is an inconsistent underdetermined system.
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
C H A P T E R
Matrices
2
Section 2.1
Operations with Matrices ……………………………………………………………28
Section 2.2
Properties of Matrix Operations…………………………………………………..33
Section 2.3
The Inverse of a Matrix………………………………………………………………38
Section 2.4
Elementary Matrices…………………………………………………………………..43
Section 2.5
Applications of Matrix Operations ………………………………………………49
Review Exercises …………………………………………………………………………………………….55
Project Solutions……………………………………………………………………………………………..63
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
C H A P T E R
Matrices
2
Section 2.1 Operations with Matrices
2. x = 13, y = 12
4. x + 2 = 2 x + 6
2 y = 18
โ4 = x
y = 9
2 x = โ8
y + 2 = 11
x = โ4
y = 9
โก 1 2โค โกโ3 โ2โค
โก 1 โ 3 2 โ 2โค
โกโ2 0โค
6. (a) A + B = โข
โฅ + โข
โฅ = โข
โฅ = โข
โฅ
โฃ2 1โฆ โฃ 4 2โฆ
โฃ2 + 4 1 + 2โฆ
โฃ 6 3โฆ
โก 1 2โค โกโ3 โ2โค
โก 1 + 3 2 + 2โค
โก 4 4โค
(b) A โ B = โข
โฅ โ โข
โฅ = โข
โฅ = โข
โฅ
โฃ2 1โฆ โฃ 4 2โฆ
โฃ2 โ 4 1 โ 2โฆ
โฃโ2 โ1โฆ
โก 2(1) 2( 2)โค
โก 1 2โค
โก2 4โค
(c) 2 A = 2 โข
โฅ = โข
โฅ = โข
2
2
2
1
2
1
( )โฅโฆ โฃ4 2โฅโฆ
โขโฃ ( )
โฃ
โฆ
โก2 4โค โกโ3 โ2โค
โก5 6โค
(d) 2 A โ B = โข
โฅ โ โข
โฅ = โข
โฅ
โฃ4 2โฆ โฃ 4 2โฆ
โฃ0 0โฆ
โกโ 52 โ1โค
โกโ3 โ2โค 1 โก 1 2โค
โกโ3 โ2โค โก 12 1โค
=
(e) B + 12 A = โข
โข
โฅ
โฅ
โฅ + 2โข
โฅ = โข
โฅ + โข
5
1
โขโฃ 5 2 โฆโฅ
โฃ 4 2โฆ
โฃ2 1โฆ
โฃ 4 2โฆ โฃโข 1 2 โฆโฅ
โก 2 1 1โค โก 2 โ3 4โค
โก 2 + 2 1 โ 3 1 + 4โค
โก 4 โ2 5โค
8. (a) A + B = โข
โฅ + โข
โฅ = โข
โฅ = โข
โฅ
โฃโ1 โ1 4โฆ โฃโ3 1 โ2โฆ
โฃโ1 โ 3 โ1 + 1 4 โ 2โฆ
โฃโ4 0 2โฆ
โก 2 1 1โค โก 2 โ3 4โค
โก 2 โ 2 1 + 3 1 โ 4โค
โก0 4 โ3โค
(b) A โ B = โข
โฅ โ โข
โฅ = โข
โฅ = โข
โฅ
โฃโ1 โ1 4โฆ โฃโ3 1 โ2โฆ
โฃโ1 + 3 โ1 โ 1 4 + 2โฆ
โฃ2 โ2 6โฆ
โก 2( 2)
2(1) 2(1)โค
โก 2 1 1โค
โก 4 2 2โค
(c) 2 A = 2 โข
โฅ = โข
โฅ = โข
โฅ
โขโฃ2( โ1) 2( โ1) 2( 4)โฅโฆ
โฃโ1 โ1 4โฆ
โฃโ2 โ2 8โฆ
โก 4 2 2โค โก 2 โ3 4โค
โก2 5 โ2โค
(d) 2 A โ B = โข
โฅ โ โข
โฅ = โข
โฅ
โฃโ2 โ2 8โฆ โฃโ3 1 โ2โฆ
โฃ 1 โ3 10โฆ
1
โก 2 โ3 4โค 1 โก 2 1 1โค
โก 2 โ3 4โค โก 1
2
(e) B + 12 A = โข
โฅ + 2โข
โฅ = โข
โฅ + โข 1
1
โฃโ3 1 โ2โฆ
โฃโ1 โ1 4โฆ
โฃโ3 1 โ2โฆ โฃโขโ 2 โ 2
1โค
2
โก 3 โ 52
โฅ = โข 7
1
2โฆโฅ
2
โฃโขโ 2
9โค
2
โฅ
0โฆโฅ
โก 2 + 0 3 + 6 4 + 2โค
โก2 3 4โค โก 0 6 2โค
โก2 9 6โค
โข
โฅ
โข
โฅ โข
โฅ
โข
โฅ
10. (a) A + B = โข0 1 โ1โฅ + โข 4 1 0โฅ = โข 0 + 4 1 + 1 โ1 + 0โฅ = โข4 2 โ1โฅ
โข2 + (โ1) 0 + 2 1 + 4โฅ
โข2 0 1โฅ โขโ1 2 4โฅ
โข 1 2 5โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โก 2 โ 0 3 โ 6 4 โ 2โค
โก2 3 4โค โก 0 6 2โค
โก 2 โ3 2โค
โข
โฅ
โข
โฅ โข
โฅ
โข
โฅ
(b) A โ B = โข0 1 โ1โฅ โ โข 4 1 0โฅ = โข 0 โ 4 1 โ 1 โ1 โ 0โฅ = โขโ4 0 โ1โฅ
โข2 โ ( โ1) 0 โ 2 1 โ 4โฅ
โข2 0 1โฅ โขโ1 2 4โฅ
โข 3 โ2 โ3โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โก2( 2) 2(3) 2( 4)โค
โก2 3 4โค
โก4 6 8โค
โข
โฅ
โข
โฅ
โข
โฅ
(c) 2 A = 2 โข0 1 โ1โฅ = โข2(0) 2(1) 2( โ1)โฅ = โข0 2 โ2โฅ
โข2( 2) 2(0)
โข2 0 1โฅ
โข4 0 2โฅ
2(1)โฅโฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
28
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Section 2.1
Operations with Matrices
29
โก2 3 4โค โก 0 6 2โค
โก4 6 8โค โก 0 6 2โค
โก 4 0 6โค
โข
โฅ โข
โฅ
โข
โฅ โข
โฅ
โข
โฅ
1 โ2โฅ
(d) 2 A โ B = 2 โข0 1 โ1โฅ โ โข 4 1 0โฅ = โข0 2 โ2โฅ โ โข 4 1 0โฅ = โขโ4
โข2 0 1โฅ โขโ1 2 4โฅ
โข4 0 2โฅ โขโ1 2 4โฅ
โข 5 โ2 โ2โฅ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โฃ
โฆ โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
(e)
โก1
2โค
โก 0 6 2โค
โก2 3 4โค
โก 0 6 2โค โก 1 32
โฅ
โข
โฅ 1โข
โฅ
โข
โฅ โข 1
1
1 0โฅ + 2 โข0 1 โ1โฅ = โข 4 1 0โฅ + โข0 2 โ 2 โฅ = โข4
โข0
1โฅ
โขโ1 2 4โฅ
โข2 0 1โฅ
โขโ1 2 4โฅ โข 1 0
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ โฃ
2โฆ
โฃ
โข
B + 12 A = โข 4
12. (a) A + B is not possible. A and B have different sizes.
(b) A โ B is not possible. A and B have different sizes.
โก 3โค
โก 6โค
โข โฅ
โข โฅ
(c) 2 A = 2 โข 2โฅ = โข 4โฅ
โขโ1โฅ
โขโ2โฅ
โฃ โฆ
โฃ โฆ
4โค
โฅ
โ 12 โฅ
9โฅ
2
2โฆ
15
2
3
2
16. Simplifying the right side of the equation produces
โก w xโค
โกโ4 + 2 y 3 + 2wโค
โข
โฅ = โข
โฅ.
โฃ y xโฆ
โฃ 2 + 2 z โ1 + 2 xโฆ
By setting corresponding entries equal to each other, you
obtain four equations.
(d) 2A โ B is not possible. A and B have different
sizes.
w = โ4 + 2 y
(e) B + 12 A is not possible. A and B have different
y =
sizes.
14. (a) c23 = 5a23 + 2b23 = 5( 2) + 2(11) = 32
(b) c32 = 5a32 + 2b32 = 5(1) + 2( 4) = 13
x =
x =
โงโ2 y + w = โ4
โช
โชx โ 2w = 3
โ โจ
2 + 2z
โชy โ 2z = 2
โชx = 1
โ1 + 2 x
โฉ
3 + 2w
The solution to this linear system is:
x = 1, y = 32 , z = โ 14 , and w = โ1.
โก2( 4) + ( โ 2)( 2) 2(1) + ( โ 2)( โ 2)โค
1โค
6โค
โก 2 โ 2โค โก4
โก4
18. (a) AB = โข
โฅ = โข
โฅโข
โฅ = โข
โฅ
โ1(1) + 4(โ 2) โฅโฆ
4โฆ โฃ2 โ 2โฆ
โขโฃโ1( 4) + 4( 2)
โฃโ1
โฃ4 โ 9โฆ
โก4( 2) + 1( โ1)
4( โ 2) + 1( 4) โค
1โค โก 2 โ 2โค
โก4
โก7 โ 4โค
(b) BA = โข
โฅ = โข
โฅโข
โฅ = โข
โฅ
4โฆ
โฃ2 โ 2โฆ โฃโ1
โฃ6 โ12โฆ
โฃโข2( 2) + ( โ 2)( โ1) 2( โ 2) + ( โ 2)( 4)โฆโฅ
โก 1 โ1 7โค โก 1 1 2โค โก1(1) + ( โ1)( 2) + 7(1) 1(1) + ( โ1)(1) + 7( โ3) 1( 2) + (โ1)(1) + 7( 2)โค โก6 โ21 15โค
โฅ โข
โข
โฅโข
โฅ โข
โฅ
20. (a) AB = โข2 โ1 8โฅ โข2
1 1โฅ = โข2(1) + ( โ1)( 2) + 8(1) 2(1) + (โ1)(1) + 8( โ3) 2( 2) + (โ1)(1) + 8( 2)โฅ = โข8 โ23 19โฅ
โข3 1 โ1โฅ โข 1 โ3 2โฅ โข 3(1) + 1( 2) + ( โ1)(1) 3(1) + 1(1) + ( โ1)( โ3) 3( 2) + 1(1) + ( โ1)( 2)โฅ โข4
7 5โฅโฆ
โฃ
โฆโฃ
โฆ โฃ
โฆ โฃ
1(โ1) + 1( โ1)1 + 2(1)
1(7) + 1(8) + 2(โ1)โค โก9 0 13โค
โก 1 1 2โค โก 1 โ1 7โค โก 1(1) + 1( 2) + 2(3)
โฅ โข
โข
โฅโข
โฅ โข
โฅ
(b) BA = โข2 1 1โฅ โข2 โ1 8โฅ = โข 2(1) + 1( 2) + 1(3)
2(โ1) + 1( โ1) + 1(1)
2(7) + 1(8) + 1(โ1)โฅ = โข7 โ2 21โฅ
โข 1 โ3 2โฅ โข3 1 โ1โฅ โข1(1) + ( โ3)( 2) + 2(3) 1( โ1) + ( โ3)( โ1) + 2(1) 1(7) + ( โ3)(8) + 2(โ1)โฅ โข 1 4 โ19โฅ
โฃ
โฆโฃ
โฆ โฃ
โฆ
โฆ โฃ
2
1โค โก 1
2โค
โก3(1) + 2( 2) + 1(1)
3( 2) + 2(โ1) + 1( โ 2)
โค
2โค
โก 3
โก 8
โข
โฅ
โข
โฅโข
โฅ
โข
โฅ
โ 3( 2) + 0( โ1) + 4( โ 2)
0
4โฅ โข2 โ1โฅ = โขโ 3(1) + 0( 2) + 4(1)
22. (a) AB = โขโ 3
โฅ = โข 1 โ14โฅ
โข4(1) + ( โ 2)( 2) + ( โ 4)(1) 4( 2) + ( โ 2)( โ1) + (โ 4)(โ 2)โฅ
โข 4 โ 2 โ 4โฅ โข 1 โ 2โฅ
โขโ 4 18โฅ
โฃ
โฆโฃ
โฆ
โฃ
โฆ
โฃ
โฆ
(b) BA is not defined because B is 3 ร 2 and A is 3 ร 3.
โก โ1( 2) โ1(1) โ1(3) โ1( 2)โค
โก โ1โค
โกโ 2 โ1 โ 3 โ 2โค
โข
โฅ
โข โฅ
2
2
2
1
2
3
2
2
2
()
()
( )โฅ โขโข 4 2 6 4โฅโฅ
โข ( )
=
24. (a) AB = โข โฅ [2 1 3 2] = โข
โขโ 2โฅ
โขโ 4 โ 2 โ 6 โ 4โฅ
โ 2( 2) โ 2(1) โ 2(3) โ 2( 2)โฅ
โข
โฅ
โข โฅ
โข
โฅ
โขโฃ 1( 2)
1(1)
1(3)
1( 2)โฅโฆ
โขโฃ 1โฅโฆ
1
3
2โฆโฅ
โฃโข 2
โก โ1โค
โข โฅ
2
(b) BA = [2 1 3 2] โข โฅ = โกโฃ2( โ1) + 1( 2) + 3(โ 2) + 2(1)โฆโค = [โ 4]
โขโ 2โฅ
โข โฅ
โขโฃ 1โฅโฆ
ยฉ 2013 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be scanned, copied or duplicated, or posted to a publicly accessible website, in whole or in part.
Document Preview (30 of 251 Pages)
User generated content is uploaded by users for the purposes of learning and should be used following SchloarOn's honor code & terms of service.
You are viewing preview pages of the document. Purchase to get full access instantly.
-37%
Solution Manual for Elementary Linear Algebra, 7th Edition
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
24/7 Live Chat
Instant Download
100% Confidential
Store
Amelia Rodriguez
0 (0 Reviews)
Best Selling
The World Of Customer Service, 3rd Edition Test Bank
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
Chemistry: Principles And Reactions, 7th Edition Test Bank
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
Solution Manual for Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction, 6th Edition
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
2023-2024 ATI Pediatrics Proctored Exam with Answers (139 Solved Questions)
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
Data Structures and Other Objects Using C++ 4th Edition Solution Manual
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)
Test Bank for Hospitality Facilities Management and Design, 4th Edition
$18.99 $29.99Save:$11.00(37%)