Solution Manual for Elementary Linear Algebra, 7th Edition

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 โˆ’2 โˆ’3 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 โˆ’ 23 y = 3x โˆ’ 12 t = 9 Adding 2 times the first equation to the second equation produces a new second equation. x = 3 + 16 t. x โˆ’ 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 โˆ’ 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 โˆ’ 2s + 3t = 1 x1 = 1 + 2 s โˆ’ 3t. So, you can describe the solution set as x1 = 1 + 2 s โˆ’ 3t , x2 = s, and x3 = t , where t and s are any real numbers. โˆ’x + 2y = 3 4 16. 4x + 3y = 7 x โˆ’3 โˆ’2 x + 3y = 2 x + 3y = 2 โˆ’x + 2 y = 3 Adding the first equation to the second equation produces a new second equation, 5 y = 5 or y = 1. y 8 (โˆ’ 2, 5) 6 โˆ’ x + 3y = 17 2 โˆ’8 โˆ’6 โˆ’4 โˆ’2 โˆ’2 (โˆ’1, 1) โˆ’2 โˆ’3 โˆ’4 2 โˆ’2 x + 43 y = โˆ’4 3x = 9 + 12 t y x โˆ’4 โˆ’3 โˆ’2 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 โˆ’ 13 y = 1 2 โˆ’2x + 43 y = โˆ’4 x โˆ’ x + 3 y = 17 4x + 3 y = 7 Subtracting the first equation from the second equation produces a new second equation, 5 x = โˆ’10 or x = โˆ’2. So, 4( โˆ’2) + 3 y = 7 or y = 5, and the solution is: x = โˆ’2, y = 5. This is the point where the two lines intersect. So, x = 2 โˆ’ 3 y = 2 โˆ’ 3(1), and the solution is: x = โˆ’1, 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 โˆ’3 Introduction to Systems of Linear Equations x โˆ’3 โˆ’6 โˆ’9 3 y 250 6x + 5y = 21 9 150 (6, โˆ’ 3) 100 6 0.3x + 0.4y = 68.7 0.2x โˆ’ 0.5y = โˆ’27.8 (101, 96) x โˆ’ 5y = 21 x 50 โˆ’50 150 x โˆ’ 5 y = 21 0.2 x โˆ’ 0.5 y = โˆ’27.8 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 โˆ’ 5 y = 21 or y = โˆ’3, and the solution is: x = 6, y = โˆ’3. This is the point where the two lines intersect. 8 x โˆ’ 20 y = โˆ’1112 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 โˆ’3 y+2 xโˆ’1 + =4 3 2 So, 8(101) โˆ’ 20 y = โˆ’1112 or y = 96, and the solution x โˆ’ 2y = 5 (7, 1) 6 3 is: x = 101, y = 96. This is the point where the two lines intersect. x 12 x โˆ’1 y + 2 + = 4 2 3 x โˆ’ 2y = 5 Multiplying the first equation by 6 produces a new first equation. 3x + 2 y = 23 x โˆ’ 2y = 5 Adding the first equation to the second equation produces a new second equation, 4 x = 28 or x = 7. So, 7 โˆ’ 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 โˆ’1 โˆ’2 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 โˆ’ 4t. So, you can describe the solution as x = t and y = 4 โˆ’ 4t , where t is any real number. 26. From Equation 2 you have x2 = 3. Substituting this value into Equation 1 produces 2 x1 โˆ’ 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 โˆ’ 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 = โˆ’t. So, you can describe the solution set as x1 = โˆ’t , 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 โˆ’2 times the first equation to the second equation produces a new second equation. โˆ’8x + 10y = 14 32. (a) 4 4x โˆ’ 5y = 3 โˆ’6 0 = 10 Because the second equation is a false statement, the original system of equations has no solution. โˆ’4 (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 โˆ’6 times the first equation to the second equation produces a new second equation. x1 โˆ’ 2 x2 = 0 1 x + 13 y = 0 2 2 14 x2 = 0 9x โˆ’ 4y = 5 Now, using back-substitution, the system has exactly one solution: x1 = 0 and x2 = 0. โˆ’3 3 42. Multiplying the first equation by 32 produces a new first equation. โˆ’2 (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 = โˆ’ 12 . (d) Adding โˆ’18 times the second equation to the first equation, you obtain โˆ’10 y = 5 or y = โˆ’ 12 . Substituting y = โˆ’ 12 into the first equation, you obtain 9 x = 3 or x = 13. The solution is: x = 13 and y = โˆ’ 12 . (e) The solutions in (c) and (d) are the same. 36. (a) 2 โˆ’3 โˆ’5.3x + 2.1y = 1.25 3 x1 + 14 x2 = 0 4 x1 + x2 = 0 Adding โˆ’4 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 = โˆ’ 14 t. So you can describe the solution set as x1 = โˆ’ 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 = โˆ’ 3 2 6 3×1 โˆ’ x2 = โˆ’ 2 Multiplying the first equation by 3 yields a new first equation. 15.9x โˆ’ 6.3y = โˆ’3.75 โˆ’2 (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 โˆ’5.3x + 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 = โˆ’ 2 2 3×1 โˆ’ x2 = โˆ’ 2 x1 + Adding โ€“3 times the first equation to the second equation produces a new second equation. 3 5 x2 = โˆ’ 2 2 11 11 โˆ’ x2 = 2 2 x1 + Multiplying the second equation by โˆ’ 2 yields a new 11 second equation. x1 + 3 5 x2 = โˆ’ 2 2 x2 = โˆ’1 Now, using back-substitution, the system has exactly one solution: x1 = โˆ’1 and x2 = โˆ’1. 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 โˆ’ 0.6 x2 = 4.2 x1 โˆ’ 11×2 + 4 x3 = 3 7 x1 + 2 x1 + 4 x2 โˆ’ 2 x2 = 17 Adding โˆ’7 times the first equation to the second equation produces a new second equation. x1 โˆ’ 0.6 x2 = 4.2 6.2 x2 = โˆ’12.4 Now, using back-substitution, the system has exactly one solution: x1 = 3 and x2 = โˆ’2. 48. Adding the first equation to the second equation yields a new second equation. x+ y + z = 2 Adding โˆ’2 times the first equation to the second equation yields a new second equation. x1 โˆ’ 11×2 + 4 x3 = 3 26 x2 โˆ’ 9 x3 = 1 5 x1 โˆ’ 3 x2 + 2 x3 = 3 Adding โˆ’5 times the first equation to the third equation yields a new third equation. x1 โˆ’ 11×2 + 4 x3 = 3 26 x2 โˆ’ 9 x3 = 1 Adding โˆ’4 times the first equation to the third equation yields a new third equation. x+ y + z = 2 4 y + 3z = 10 โˆ’3 y โˆ’ 4 z = โˆ’4 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 โˆ’ 74 z = 52 = 72 Multiplying the third equation by โˆ’ 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 โˆ’4 times the first equation to the second equation and adding โˆ’2 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 = โˆ’2. 13 โˆ’2 x2 โˆ’ 15 x3 = โˆ’45 โˆ’2 x2 โˆ’ 15 x3 = โˆ’45 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 โˆ’ 4t โˆ’ 15 x2 = 45 t 2 2 x3 = t , where t is any real number. 54. Adding โˆ’3 times the first equation to the second equation produces a new second equation. x1 โˆ’ 2 x2 + 5 x3 = 2 8 x2 โˆ’ 16 x3 = โˆ’8 5 2 z = โˆ’2 + 4 x3 = x1 z = 2 3z = 4 โˆ’3 y โˆ’ 4 z = โˆ’4 x + y + 52 x2 โˆ’ 18 x3 = โˆ’12 = 4 y x3 = 7 5 x1 โˆ’ 3 x2 + 2 x3 = 3 4 y + 3 z = 10 4x + 5 Dividing the second equation by 8 yields a new second equation. x1 โˆ’ 2 x2 + 5 x3 = 2 x2 โˆ’ 2 x3 = โˆ’1 Adding 2 times the second equation to the first equation yields a new first equation. x1 + x3 = 0 x2 โˆ’ 2 x3 = โˆ’1 Letting x3 = t be the free variable, you can describe the solution as x1 = โˆ’t , x2 = 2t โˆ’ 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 โˆ’2 times the first equation to the fourth equation, yields + 3×4 = 4 x1 2 x2 โˆ’ x3 โˆ’ 8 x + 3 y + 3 z = 0. Multiplying the fourth equation by โˆ’1, and interchanging it with the second equation, yields + 3 x4 = 4 Adding โˆ’4 times the first equation to the second equation, and โˆ’8 times the first equation to the third, yields x + โˆ’ 2 x4 = 2 x2 โˆ’ x3 โˆ’ 1 x4 = 0. Adding โˆ’3 times the second equation to the third, and โˆ’2 times the second equation to the fourth, produces x1 + 3 x4 = 4 x2 โˆ’ 4 x3 + 6 x4 = 7 x3 โˆ’ 13 x4 = โˆ’6. Dividing the third equation by 12 yields + 3 x4 = 4 x2 โˆ’ 4 x3 + 6 x4 = 3 x3 โˆ’ 5x 3 4 = โˆ’ 23 7 x3 โˆ’ 13 x4 = โˆ’6. Adding โˆ’7 times the third equation to the fourth yields x1 โˆ’9 y + 3 z = 0. Adding โˆ’3 times the second equation to the third equation yields x + = 0 3y 2 โˆ’3 y โˆ’ z = 0 6 z = 0. 3 12 x3 โˆ’ 20 x4 = โˆ’8 x1 = 0 3y 2 โˆ’3 y โˆ’ z = 0 x2 โˆ’ 4 x3 + 6 x4 = 3 3×2 = 0 4x + 3y โˆ’ z = 0 1 โˆ’ x2 + 4 x3 โˆ’ 6 x4 = โˆ’3. x1 Dividing the first equation by 2 produces x + 32 y x4 = 0 โˆ’ 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 โˆ’ z = 0. Adding โˆ’12 times the first equation to the second yields 5 y + 1 z = 0 x + 12 12 + 3 x4 = 4 x2 โˆ’ 4 x3 + 6 x4 = 3 Letting z = t be the free variable, you can describe the x3 โˆ’ 53 x4 = โˆ’ 32 solution as x = 34 t , y = โˆ’2t , 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 58โ€“60. 58. Using a computer software program or graphing utility, you obtain x = 0.8, y = 1.2, z = โˆ’2.4. 60. Using a computer software program or graphing utility, you obtain x = 6.8813, y = โˆ’163.3111, z = โˆ’210.2915, w = โˆ’59.2913. โˆ’ y โˆ’ 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 โˆ’ x = 80 Equation 1 2 x + 32 y = 3200 โˆ’2 x + 2 y = 2x + 3 y 2 7 y 2 Equation 2 160 = 3200 = 3360 y = 960 960 โˆ’ 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 = โˆ’3 Introduction to Systems of Linear Equations 72. Substituting A = โˆ’6 x โˆ’ 3 y = 9 = x 1. 2 A + 3B = 0 3A โˆ’ 4B = โˆ’ 25. 6 Reduce the system to row-echelon form. 8 A + 12 B = 0 9 A โˆ’ 12 B = โˆ’ 25 2 0 8 A + 12 B = x1 โˆ’ x2 + x3 = 3 Letting x3 = t and x2 = s be the free variables, you can describe the solution as x1 = 3 + s โˆ’ t , x2 = s, and x3 = t , where t and s are any real numbers. 2A + = โˆ’ So, A = โˆ’ 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 = โˆ’ and y = . 25 25 1 1 1 , B = , and C = into the original system yields y z x B โˆ’ 2C = 5 3A โˆ’ 4B 2A + 25 2 17 A B = โˆ’ x1 + x2 โˆ’ x3 = โˆ’3 74. Substituting A = 1 1 and B = into the original system y x yields The solution to this system is: x = 1, y = โˆ’5. 70. Because x1 = t and x2 = s, you can write x3 = 3 + s โˆ’ t = 3 + x2 โˆ’ x1. One system could be 7 = โˆ’1 B + 3C = 0. Reduce the system to row-echelon form. 2 A + B โˆ’ 2C = 5 3A โˆ’ 4B = โˆ’1 5C = โˆ’5 3A โˆ’ 4B = โˆ’1 โˆ’11B + 6C = โˆ’17 5C = โˆ’5 So, C = โˆ’1. Using back-substitution, โˆ’11B + 6( โˆ’1) = โˆ’17, or B = 1 and 3 A โˆ’ 4(1) = โˆ’1, 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 = โˆ’1. 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 โˆ’(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 โˆ’ sin 2 ฮธ โˆ’ sin ฮธ cos ฮธ ) = (cos2 ฮธ โˆ’ sin ฮธ cos ฮธ ) = cos ฮธ โˆ’ sin ฮธ . cos ฮธ cos ฮธ Finally, the solution is x = cos ฮธ โˆ’ 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 โˆ’ 32 y = โˆ’6 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 โˆ’ 32 y = โˆ’6 acx + bcy = ec ( 32 k + 1) y = 4 + 6k acx + day = af . = โˆ’ 23 , there will be an infinite number of So, if k Subtracting the second equation from the first yields acx + bcy = ec solutions. (ad โˆ’ bc) y = af โˆ’ ec. 80. Reduce the system. So, there is a unique solution if ad โˆ’ bc โ‰  0. x + ky = 2 (1 โˆ’ k ) y = 4 โˆ’ 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 โˆ’3 y โˆ’ z = z = 0 โˆ’3 โˆ’2 โˆ’1 โˆ’2 x 1 4 5 The two lines coincide. 2x โˆ’ 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 โˆ’4 โˆ’5 1 If k = 0, then there is an infinite number of solutions. Otherwise, x + y + y 90. 5y + z = 0 y โˆ’ 2z = 0 (a โˆ’ 10) y + (b โˆ’ 2) z = c x + 5y + z = 0 y โˆ’ 2z = 0 (2a + b โˆ’ 22) z = c. 7 + 3t . 2 The graph does not change. 92. 21x โˆ’ 20 y = 0 13x โˆ’ 12 y = 120 Subtracting 5 times the second equation from 3 times the first equation produces a new first equation, โˆ’2 x = โˆ’600, or x = 300. So, 21(300) โˆ’ 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 โˆ’ 22 โ‰  0, then there is exactly one solution. (b) if 2a + b โˆ’ 22 = 0 and c = 0, then there is an infinite number of solutions. (c) if 2a + b โˆ’ 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. โŽก 3 โˆ’1 โˆ’4โŽค โŽก3 โˆ’1 โˆ’4โŽค 8. โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โŽฃโˆ’4 3 7โŽฆ โŽฃ5 0 โˆ’5โŽฆ 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 โˆ’2โŽค โŽกโˆ’1 โˆ’2 โŽกโˆ’1 โˆ’2 3 โˆ’2โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 10. โŽข 2 โˆ’ 5 1 โˆ’ 7โŽฅ โ‡’ โŽข 0 โˆ’ 9 7 โˆ’11โŽฅ โŽข 5 โŽข 0 โˆ’ 6 8 โˆ’ 4โŽฅ 4 โˆ’7 6โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฃ โŽฆ 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 โŽก 2 6 16โŽค โŽข โŽฅ. โŽฃโˆ’2 โˆ’6 โˆ’16โŽฆ Use Gauss-Jordan elimination as follows. 8โŽค โŽก 2 6 16โŽค โŽก 1 3 โŽก 1 3 8โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โŽฃโˆ’2 โˆ’6 โˆ’16โŽฆ โŽฃโˆ’2 โˆ’6 โˆ’16โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ 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 = โˆ’1. Using back-substitution, you have x3 = โˆ’1. Letting x2 = t be the free variable, you can describe the solution as x1 = 1 โˆ’ 2t , x2 = t , and x3 = โˆ’1, where t is any real number. 16. Gaussian elimination produces the following. โŽก2 1 1 0โŽค โŽก 1 0 1 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 1 โˆ’ 2 1 โˆ’ 2 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 1 โˆ’2 1 โˆ’2โŽฅ โŽข 1 0 1 0โŽฅ โŽข2 1 1 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 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 โˆ’ 3t and y = t , where t is any real number. 28. The augmented matrix for this system is โŽก2 โˆ’1 โˆ’0.1โŽค โŽข โŽฅ. โŽฃ3 2 1.6โŽฆ Gaussian elimination produces the following. 1โŽค โŽก1 โˆ’ 12 โˆ’ 20 โŽก2 โˆ’1 โˆ’0.1โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข 8โŽฅ 2 โŽฅ โŽฃ 3 2 1.6โŽฆ 5โŽฆ โŽฃโŽข3 โŽก 1 โˆ’ 12 โ‡’ โŽข 7 2 โŽฃโŽข0 โŽก 1 0 1 0โŽค โŽก 1 0 1 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข0 โˆ’2 0 โˆ’2โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 1โŽฅ โŽข2 1 1 0โŽฅ โŽข2 1 1 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽก 1 0 1 0โŽค โŽก 1 0 1 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 1โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 1โŽฅ โŽข0 1 โˆ’1 0โŽฅ โŽข0 0 1 1โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 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 = โˆ’ x3 = โˆ’1. So, the solution is: x1 = โˆ’1, 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. 1โŽค โˆ’ 20 โŽฅ 7 โŽฅ 4โŽฆ 1โŽค โŽก 1 โˆ’ 12 โˆ’ 20 โŽก1 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข 1 1 โŽขโŽฃ0 โŽขโŽฃ0 1 2โŽฅ โŽฆ 1โŽค 5 โŽฅ 1 2โŽฅ โŽฆ Converting back to a system of equations, the solution is: x = 15 and y = 12 . 30. The augmented matrix for this system is โŽก1 2 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข1 1 6โŽฅ. โŽข3 โˆ’2 8โŽฅ โŽฃ โŽฆ Gaussian elimination produces the following. โŽก1 2 0โŽค โŽก 1 2 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข1 1 6โŽฅ โ‡’ โŽข0 โˆ’1 6โŽฅ โŽข3 โˆ’2 8โŽฅ โŽข0 โˆ’8 8โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 0โŽค โŽก 1 2 0โŽค โŽก1 2 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 1 โˆ’6โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 โˆ’6โŽฅ โ‡’ โŽข0 โŽข0 โˆ’8 8โŽฅ โŽข0 0 โˆ’40โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ Because the third row corresponds to the equation 0 = โˆ’ 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 โŽก2 โˆ’1 3 24โŽค โŽข โŽฅ โŽข0 2 โˆ’1 14โŽฅ. โŽข7 โˆ’5 0 6โŽฅ โŽฃ โŽฆ Gaussian elimination produces the following. 3 12โŽค 3 3 โŽก1 โˆ’ 1 โŽก1 โˆ’ 1 โŽก1 โˆ’ 1 12โŽค โŽก2 โˆ’1 3 24โŽค 2 2 2 2 2 2 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽข โŽฅ 1 2 โˆ’1 14โŽฅ โ‡’ โŽข0 2 โˆ’1 14โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 โˆ’2 โŽข0 2 โˆ’1 14โŽฅ โ‡’ โŽข0 โŽข7 โˆ’5 0 6โŽฅ โŽข0 โˆ’ 3 โˆ’ 21 โˆ’78โŽฅ โŽข0 โŽข7 โˆ’5 0 6โŽฅ 0 โˆ’ 45 โŽฃ โŽฆ 2 2 4 โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ 12โŽค โŽฅ 7โŽฅ โŽฅ โˆ’ 135 2 โŽฆ Back-substitution now yields x3 = 6 x2 = 7 + 12 x3 = 7 + 12 (6) = 10 x1 = 12 โˆ’ 32 x3 + 12 x2 = 12 โˆ’ 23 (6) + 12 (10) = 8. So, the solution is: x1 = 8, x2 = 10, and x3 = 6. 34. The augmented matrix for this system is โŽก 1 1 โˆ’5 3โŽค โŽข 1 0 โˆ’2 1โŽฅ. โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ2 โˆ’1 โˆ’1 0โŽฅโŽฆ Subtracting the first row from the second row yields a new second row. โŽก 1 1 โˆ’5 3โŽค โŽข0 โˆ’1 3 โˆ’2โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ2 โˆ’1 โˆ’1 0โŽฅโŽฆ Adding โˆ’2 times the first row to the third row yields a new third row. โŽก 1 1 โˆ’5 3โŽค โŽข0 โˆ’1 3 โˆ’2โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 โˆ’3 9 โˆ’6โŽฅโŽฆ Multiplying the second row by โˆ’1 yields a new second row. 3โŽค โŽก 1 1 โˆ’5 โŽข0 โŽฅ โˆ’ 1 3 2 โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 โˆ’3 9 โˆ’6โŽฅโŽฆ Adding 3 times the second row to the third row yields a new third row. โŽก 1 1 โˆ’5 3โŽค โŽข0 1 โˆ’3 2โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 0 0 0โŽฅโŽฆ Adding โˆ’1 times the second row to the first row yields a new first row. โŽก 1 0 โˆ’2 1โŽค โŽข0 1 โˆ’3 2โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 0 0 0โŽฅโŽฆ Converting back to a system of linear equations produces x1 โˆ’ 2 x3 = 1 x2 โˆ’ 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 8โŽค โŽก 1 2 โŽข โŽฅ. โŽฃโˆ’3 โˆ’6 โˆ’3 โˆ’21โŽฆ Gaussian elimination produces the following matrix. โŽก 1 2 1 8โŽค โŽข โŽฅ โŽฃ0 0 0 3โŽฆ 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 โŽก2 โŽข โŽข3 โŽข1 โŽข โŽฃโŽข5 1 โˆ’1 2 โˆ’6โŽค โŽฅ 1 1โŽฅ . 5 2 6 โˆ’3โŽฅ โŽฅ 2 โˆ’1 โˆ’1 3โŽฅโŽฆ 4 0 Gaussian elimination produces the following. โŽก1 โŽข โŽข3 โŽข2 โŽข โŽขโŽฃ5 6 โˆ’3โŽค 5 2 6 โˆ’3โŽค 5 2 6 โˆ’3โŽค โŽก1 โŽก1 โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข 6 17 โˆ’ 10 โŽฅ 1 1โŽฅ 0 โˆ’ 11 โˆ’ 6 โˆ’ 17 10 0 1 โŽฅ โ‡’ โŽข 11 11 11 โŽฅ โ‡’ โŽข โŽข0 โˆ’9 โˆ’5 โˆ’10 0โŽฅ โŽข0 โˆ’9 โˆ’5 โˆ’10 1 โˆ’1 2 โˆ’6โŽฅ 0โŽฅ โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 โˆ’23 โˆ’11 โˆ’31 18โŽฅโŽฆ โŽขโŽฃ0 โˆ’23 โˆ’11 โˆ’31 18โŽฅโŽฆ 2 โˆ’1 โˆ’1 3โŽฅโŽฆ 5 2 4 0 โŽก1 โŽข โŽข0 โ‡’ โŽข 0 โŽข โŽขโŽฃ0 โŽก1 โŽข โŽข0 โ‡’ โŽข 0 โŽข โŽขโŽฃ0 5 2 6 1 6 11 1 โˆ’ 11 17 11 17 11 43 11 50 11 0 0 โˆ’3โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 10 โˆ’ 11 โŽฅ โŽข0 โ‡’ โŽข0 1 โˆ’ 43 90โŽฅ โŽฅ โŽข 781 1562 โˆ’ 11 โŽฅโŽฆ 0 โŽขโŽฃ0 11 5 2 6 1 6 11 17 11 0 0 โˆ’3โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 10 โˆ’ 11 โŽฅ โŽข0 โ‡’ 90 โŽฅ โŽข0 โˆ’ 11 โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ0 โˆ’ 32 11 โŽฆ โˆ’3โŽค โŽฅ โˆ’ 10 1 11 โŽฅ 0 1 โˆ’ 43 90โŽฅ โŽฅ 50 โˆ’ 32 โŽฅ 0 17 11 11 4โŽฆ 5 2 6 6 11 17 11 โˆ’3โŽค โŽฅ โˆ’ 10 11 โŽฅ 1 โˆ’ 43 90โŽฅ โŽฅ 0 1 โˆ’2โŽฅโŽฆ 5 2 6 1 6 11 17 11 0 0 Back-substitution now yields w = โˆ’2 z = 90 + 43w = 90 + 43( โˆ’2) = 4 6 z โˆ’ 17 w = โˆ’ 10 โˆ’ 6 4 โˆ’ 17 โˆ’2 = 0 โˆ’ 11 y = โˆ’ 10 ( ) 11 ( ) 11 11 11 ( ) 11 ( ) . x = โˆ’3 โˆ’ 5 y โˆ’ 2 z โˆ’ 6w = โˆ’3 โˆ’ 5(0) โˆ’ 2( 4) โˆ’ 6( โˆ’2) = 1. So, the solution is: x = 1, y = 0, z = 4, and w = โˆ’2. 40. Using a computer software program or graphing utility, you obtain x1 = 1 x2 = โˆ’1 x3 = 2 x4 = 0 x5 = โˆ’2 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 = โˆ’ 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 โˆ’ 4z x โˆ’ 2y = 0 = โˆ’1 โŽก 1 5 10 20 95โŽค โŽก1 โŽข โŽฅ โŽข โŽข 1 1 1 1 26โŽฅ โ‡’ โŽข0 โŽข0 โŽข0 1 โˆ’4 0 0โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽขโŽฃ0 โŽฃโŽข 1 โˆ’2 0 0 โˆ’1โŽฅโŽฆ 0 0 0 15โŽค โŽฅ 1 0 0 8โŽฅ 0 1 0 2โŽฅ โŽฅ 0 0 1 1โŽฅโŽฆ 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 โŽค โŽก 2 โˆ’1 3โŽค โŽก2 โˆ’1 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโˆ’4 2 k โŽฅ โ‡’ โŽข0 0 k + 6โŽฅ โŽข 4 โˆ’2 6โŽฅ โŽข0 0 0 โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ This system is consistent if and only if k + 6 = 0, so k = โˆ’6. 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 โŽค โŽก1 โˆ’ 1 2 2 โŽข โŽฅ 0 k + 6โŽฅ โŽข0 โŽข0 0 0 โŽฅโŽฆ โŽฃ 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. โŽก1 โŽข โŽข0 โŽข1 โŽข โŽฃโŽขa 1 0 0โŽค โŽก1 โŽข โŽฅ 0 1 1 0โŽฅ โ‡’ โŽข โŽข โŽฅ 0 0 1 0 โŽข โŽฅ b c 0โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข0 1 1 โˆ’1 (b โˆ’ a ) 0 0โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 1 0โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 1 0 0 โŽฅ โŽข c 0โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข0 1 0 1 1 0 2 0 ( a โˆ’ b + c) 0โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 0โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 0 0 โŽฅ โŽข 0โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข0 1 0 0โŽค โŽฅ 1 1 0โŽฅ 0 1 0โŽฅ โŽฅ 0 0 0โŽฆโŽฅ 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. 3โŽค โŽก1 2 3โŽค โŽก1 2 โŽก1 2 3โŽค โŽก 1 0 โˆ’1โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข4 5 6โŽฅ โ‡’ โŽข0 โˆ’3 โˆ’6โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 2โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 2โŽฅ โŽข7 8 9โŽฅ โŽข0 โˆ’6 โˆ’12โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 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. โŽก0 0 0โŽค โŽก0 0 1โŽค โŽก0 1 0โŽค โŽก0 1 0โŽค โŽก0 1 aโŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 1โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 1 0โŽฅ , โŽข0 1 0โŽฅ , โŽข0 0 1โŽฅ , โŽข0 1 aโŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 1โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽก1 a 0โŽค โŽก1 a 0โŽค โŽก1 a bโŽค โŽก1 0 aโŽค โŽก1 0 aโŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 1โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 0 0โŽฅ , โŽข0 1 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽข0 0 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 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.) โŽก1 2โŽค โŽก1 0โŽค 60. No, the row-echelon form is not unique. For instance, โŽข โŽฅ and โŽข โŽฅ. The reduced row-echelon form is unique. โŽฃ0 1โŽฆ โŽฃ0 1โŽฆ 62. First, you need a โ‰  0 or c โ‰  0. If a โ‰  0, then you have b โŽกa โŽค b โŽค โŽกa b โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽกa โ‡’ cb โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ. โŽข โŽฅ +b 0 โˆ’ โŽฃc d โŽฆ โŽฃ0 ad โˆ’ bcโŽฆ โŽขโŽฃ โŽฅ a โŽฆ So, ad โˆ’ bc = 0 and b = 0, which implies that d = 0. If c โ‰  0, then you interchange rows and proceed. d โŽกc โŽค d โŽค โŽกa b โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽกc โ‡’ ad โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โˆ’ bcโŽฆ c d 0 ad โˆ’ + 0 b โŽฃ โŽฆ โŽฃ c โŽฃโŽข โŽฆโŽฅ โŽก1 0โŽค โŽกa b โŽค Again, ad โˆ’ bc = 0 and d = 0, which implies that b = 0. In conclusion, โŽข โŽฅ if and only if โŽฅ is row-equivalent to โŽข c d โŽฃ0 0โŽฆ โŽฃ โŽฆ b = d = 0, and a โ‰  0 or c โ‰  0. 64. Row reduce the augmented matrix for this system. ฮป 0โŽค โŽก1 ฮป 0โŽค โŽกฮป โˆ’ 1 2 0โŽค โŽก 1 โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข 2 ฮป 0โŽฆ โŽขโŽฃ0 ( โˆ’ฮป + ฮป + 2) 0โŽฅโŽฆ โŽฃ 1 โŽฃฮป โˆ’ 1 2 0โŽฆ To have a nontrivial solution you must have ฮป2 โˆ’ ฮป โˆ’ 2 = 0 (ฮป โˆ’ 2)(ฮป + 1) = 0. So, if ฮป = โˆ’1 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 = โˆ’2 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 1โ€™s. 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, โˆ’ 2, and 0, respectively. a0 + a1 (0) + a2 (0) = a0 2 = 0 a0 + a1 ( 2) + a2 ( 2) = a0 + 2a1 + 4a2 = โˆ’ 2 2 a0 + a1 ( 4) + a2 ( 4) = a0 + 4a1 + 16a2 = 0 2 Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system. โŽก1 0 0 0โŽค 0โŽค โŽก1 0 0 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 1 2 4 โˆ’ 2 โ‡’ 0 1 0 โˆ’ 2โŽฅ โŽข โŽข โŽฅ โŽข0 0 1 1โŽฅ โŽข1 4 16 0โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฃ 2โŽฆ So, p ( x) = โˆ’ 2 x + 12 x 2 . y (b) 4 (0, 0) โˆ’2 (4, 0) x 2 โˆ’2 4 6 (2, โˆ’2) โˆ’4 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. โŽก1 2 4 4โŽค โŽก1 0 0 4โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข1 3 9 4โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 0โŽฅ โŽข1 4 16 4โŽฅ โŽข0 0 1 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 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, โˆ’ 40, and โˆ’ 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 = โˆ’ 40 a0 + a1 (3) + a2 (3) + a3 (3) = a0 + 3a1 + 9a2 + 27 a3 = โˆ’ 72 2 2 Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system. โŽก1 โŽข โŽข1 โŽข1 โŽข โŽฃโŽข1 42โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 0โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 2 4 8 โˆ’ 40 0 โŽฅ โŽข 3 9 27 โˆ’ 72โŽฅโŽฆ โŽฃโŽข0 0 0 0 1 1 1 42โŽค โŽฅ 1 0 0 โˆ’ 41โŽฅ 0 1 0 โˆ’ 2โŽฅ โŽฅ 0 0 1 1โŽฆโŽฅ 0 0 0 So, p ( x) = 42 โˆ’ 41x โˆ’ 2 x 2 + x3 . y (b) 60 30 (0, 42) (1, 0) x โˆ’4 โˆ’2 โˆ’60 โˆ’90 4 6 8 10 (3, โˆ’72) (2, โˆ’40) 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 = โˆ’ 4, 0, 4, 6, and 8 into p ( x) and equate the results to y = 18, 1, 0, 28, and 135, respectively. a0 + a1 ( โˆ’ 4) + a2 ( โˆ’ 4) + a3 (โˆ’ 4) + a4 (โˆ’ 4) = a0 โˆ’ 4a1 + 16a2 โˆ’ 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. โŽก1 โŽก1 โˆ’ 4 16 โˆ’ 64 256 18โŽค โŽข โŽข โŽฅ 0 0 0 0 1โŽฅ โŽข0 โŽข1 โŽข1 4 16 64 256 0โŽฅ โ‡’ โŽข0 โŽข โŽข โŽฅ โŽข0 6 36 216 1296 28โŽฅ โŽข1 โŽข โŽข โŽฅ 8 64 512 4096 135โŽฆ โŽฃ1 โŽฃโŽข0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1โŽค 3โŽฅ 4โŽฅ โˆ’ 12 โŽฅ โŽฅ 3โŽฅ โˆ’ 16 1โŽฅ โŽฅ 16 โŽฆ 3 3 1 x 4 = 1 16 + 12 x โˆ’ 8 x 2 โˆ’ 3 x 3 + x 4 . So, p ( x) = 1 + 34 x โˆ’ 12 x 2 โˆ’ 16 x + 16 ) 16 ( y (b) (8, 135) 120 80 (0, 1) (6, 28) 40 (4, 0) (โˆ’ 4, 18) โˆ’8 โˆ’4 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 โˆ’ d = 0. Because each of the given points lies on the ellipse, you have the following linear equations. (โˆ’ 5) + a(โˆ’ 5) + b(1) + c(1) โˆ’ d = โˆ’ 5a + b + c โˆ’ d + 25 = 0 2 2 (โˆ’3) + a(โˆ’ 3) + b(2) + c( 2) โˆ’ d = โˆ’ 3a + 4b + 2c โˆ’ d + 9 = 0 2 2 (โˆ’1) + a(โˆ’1) + b(1) + c(1) โˆ’ d = โˆ’ a + b + c โˆ’ d + 1 = 0 2 2 โˆ’ d + 9 = 0 ( โˆ’ 3) + a(โˆ’ 3) + b(0) + c(0) โˆ’ d = โˆ’ 3a 2 2 Use Gauss-Jordan elimination on the system. โŽกโˆ’ 5 โŽข โŽขโˆ’ 3 โŽข โˆ’1 โŽข โŽฃโŽขโˆ’ 3 1 1 โˆ’1 โˆ’ 25โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 4 2 โˆ’1 โˆ’ 9โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽข0 1 1 โˆ’1 โˆ’1โŽฅ โŽฅ โŽข 0 0 โˆ’1 โˆ’ 9โŽฅโŽฆ โŽขโŽฃ0 6โŽค โŽฅ 1 0 0 4โŽฅ 0 1 0 โˆ’ 8โŽฅ โŽฅ 0 0 1 โˆ’ 9โŽฅโŽฆ 0 0 0 ( x + 3) + ( y โˆ’ 1) 2 So, the equation of the ellipse is x 2 + 6 x + 4 y 2 โˆ’ 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‰ˆ a0 + 1.189a1 + 1.414a2 + 1.681a3 = 1.587 2 3 a0 + a1 (1.316) + a2 (1.316) + a3 (1.316) โ‰ˆ a0 + 1.316a1 + 1.732a2 + 2.279a3 = 2.080 2 3 a0 + a1 (1.414) + a2 (1.414) + a3 (1.414) โ‰ˆ a0 + 1.414a1 + 1.999a2 + 2.827 a3 = 2.520 2 3 Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix for this system. โŽก1 โŽข โŽข1 โŽข1 โŽข โŽฃโŽข1 1 1 1 โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 1.189 1.414 1.681 1.587 โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 1.316 1.732 2.279 2.080 0 โŽฅ โŽข 1.414 1.999 2.827 2.520โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข0 1 0 0 0 โˆ’ 0.095โŽค โŽฅ 1 0 0 0.103โŽฅ 0 1 0 0.405โŽฅ โŽฅ 0 0 1 0.587โŽฆโŽฅ So, p ( x) โ‰ˆ โˆ’ 0.095 + 0.103 x + 0.405 x 2 + 0.587 x3 . y (b) 4 3 2 1 โˆ’3 โˆ’2 (1.414, 2.520) (1.316, 2.080) (1.189, 1.587) (1, 1) x โˆ’1 โˆ’2 โˆ’3 โˆ’4 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 = โˆ’ 43 , a1 = 32 , and a2 = โˆ’ 16 . So, p( x) = โˆ’ 43 + 23 x โˆ’ 16 x 2 . Finally, to estimate log 2 3, calculate p(3) = โˆ’ 43 + 23 (3) โˆ’ 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( โˆ’ 5) + c(1) + d (โˆ’5) + e(1) + f = 25a + c โˆ’ 5d + e + f = 0 a( โˆ’ 3) + c( 2) + d ( โˆ’3) + e( 2) + f = 9a + 4c โˆ’ 3d + 2e + f = 0 a( โˆ’1) + c(1) + d ( โˆ’1) + e(1) + f = d + e + f = 0 2 2 2 2 2 2 a + c โˆ’ a( โˆ’ 3) + c(0) + d ( โˆ’3) + e(0) + f = 9a 2 2 โˆ’ 3d + f = 0 Use Gauss-Jordan elimination on the system. โŽก25 โŽข โŽข 9 โŽข 1 โŽข โŽขโŽฃ 9 โŽก1 1 1 0โŽค โŽข โŽฅ 4 โˆ’3 2 1 0โŽฅ โŽข0 โ‡’ โŽข โŽฅ 1 โˆ’1 1 1 0 โŽข0 โŽฅ โŽข0 0 โˆ’3 0 1 0โŽฅโŽฆ โŽฃ 1 โˆ’5 0 0 0 โˆ’ 19 1 0 0 0 1 0 0 0 1 โˆ’ 94 โˆ’ 23 8 9 0โŽค โŽฅ 0โŽฅ 0โŽฅโŽฅ 0โŽฅโŽฆ Letting f = t be the free variable, you have a = 19 t , c = 94 t , d = 32 t , e = โˆ’ 98 t , and f = t , where t is any real number. 18. (a) Letting z = x โˆ’ 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 โŽก1 โŽข โŽข1 โŽข1 โŽข โŽขโŽฃ1 132 โŽค โŽฅ 1 1 1 151 โŽฅ 2 4 8 179 โŽฅ โŽฅ 3 9 27 203โŽฅโŽฆ 0 0 0 and use Gauss-Jordan elimination to obtain the equivalent reduced row-echelon matrix โŽก1 โŽข โŽข0 โŽข โŽข โŽข0 โŽข โŽข0 โŽฃ 132โŽค โŽฅ 61โŽฅ 1 0 0 6โŽฅ โŽฅ. 0 1 0 11โŽฅ 13 โŽฅ 0 0 1 โˆ’ โŽฅ 6โŽฆ 0 0 0 So, the cubic polynomial is p ( z ) = 132 + 61 13 3 z + 11z 2 โˆ’ z . 6 6 2 Because z = 3 x โˆ’ 1940 61โŽ› x โˆ’ 1940 โŽž 13 โŽ› x โˆ’ 1940 โŽž โŽ› x โˆ’ 1940 โŽž , p ( x) = 132 + โŽœ โŽŸ + 11โŽœ โŽŸ โˆ’ โŽœ โŽŸ . 10 6โŽ 10 10 6โŽ 10 โŽ  โŽ โŽ  โŽ  (b) To estimate the population in 1980, let x = 1980. p (1980) = 132 + 61 13 3 2 ( 4) + 11( 4) โˆ’ ( 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 โˆ’ 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. โŽก1 โŽข โŽข1 โŽข1 โŽข โŽข1 โŽข โŽฃ1 2 3 4 5 6 โŽก โŽข1 โŽข โŽข 4 8 16 244.5โŽค โŽข0 โŽฅ 9 27 81 256.3โŽฅ โŽข 16 64 256 285.2โŽฅ โ‡’ โŽขโŽข0 โŽฅ โŽข 25 125 625 312.4โŽฅ โŽข0 โŽฅ 36 216 1296 345.0โŽฆ โŽข โŽข โŽข0 โŽฃโŽข 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 4769 โŽค 10 โŽฅ โŽฅ 33,433 โŽฅ โˆ’ 120 โŽฅ โŽฅ 27,209 โŽฅ 240 โŽฅ โŽฅ 2189 โŽฅ โˆ’ 120 โŽฅ โŽฅ 259 โŽฅ 240 โŽฆโŽฅ 4769 33,433 27,209 2 2189 3 259 4 โˆ’ z + z โˆ’ z + z . 10 120 240 120 240 So, p ( z ) = Letting z = x โˆ’ 2000, p ( x) = ( x โˆ’ 2000) + 3 4769 33,433 27,209 2189 2 โˆ’ ( x โˆ’ 2000) + ( x โˆ’ 2000) โˆ’ 10 120 240 120 259 4 ( x โˆ’ 2000) . 240 To determine the reasonableness of the model for years after 2006, compare the predicted values for 2007โ€“2009 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 โˆ’1x n โˆ’1 and + bn โˆ’1 x n โˆ’1 be two different polynomials that pass through the n given points. The polynomial p1 ( x) โˆ’ p2 ( x) = ( a0 โˆ’ b0 ) + ( a1 โˆ’ b1 ) x + ( a2 โˆ’ b2 ) x 2 + + ( an โˆ’1 โˆ’ bn โˆ’1 ) x n โˆ’1 is zero for these n values of x. So, a0 = b0 , a1 = b1 , a2 = b2 , โ€ฆ, an โˆ’1 = bn โˆ’1. Therefore, there is only one polynomial function of degree n โˆ’ 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), pโ€ฒ( 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. 1โŽค โŽก 1 0 0 1โŽค โŽก1 0 0 โŽข 1 1 1โŽฅ โŽข โŽฅ 1 โ‡’ 0 1 0 โˆ’ 2 โŽข โŽข โŽฅ 2 4 2โŽฅ โŽข0 1 1 0โŽฅ โŽข0 0 1 2โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ So, p( x) = 1 โˆ’ 2 x + 2 x 2 . y 1 1 2 (0, 1) ( 12, 12 ) x 1 2 1 28. (a) Each of the networkโ€™s 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. โŽก 1 1 0 0 0 300โŽค โŽก 1 0 1 0 1 500โŽค โŽข 1 0 1 โˆ’1 0 150โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 โˆ’1 0 โˆ’1 โˆ’200โŽฅ โŽข0 1 โˆ’1 0 โˆ’1 โˆ’200โŽฅ โŽข0 0 0 1 1 350โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 0โŽฆ โŽฃ0 0 0 1 1 350โŽฆ โŽฃ0 0 0 0 0 Letting x5 = t and x3 = s be the free variables, you have x1 = 500 โˆ’ s โˆ’ t x2 = โˆ’200 + s + t x3 = s x4 = 350 โˆ’ 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 networkโ€™s 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. โŽก 1 โˆ’1 0 0 0 400โŽค โŽก 1 0 1 0 1 700โŽค โŽข 1 0 1 โˆ’1 0 600โŽฅ โŽข0 1 1 0 1 300โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข0 1 1 0 1 300โŽฅ โŽข0 0 0 1 1 100โŽฅ โŽข0 0 0 1 1 100โŽฅ โŽข0 0 0 0 0 0โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ Letting x5 = t and x3 = s be the free variables, you can describe the solution as x1 = 700 โˆ’ s โˆ’ t x2 = 300 โˆ’ s โˆ’ t x3 = s x4 = 100 โˆ’ 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 Kirchoffโ€™s 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. โŽก 1 โˆ’1 โŽข โŽข 1 โˆ’1 โŽข0 0 โŽข โŽข3 2 โŽข โŽข0 2 โŽข0 0 โŽฃ 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 โˆ’1 1 0 0 0 0 4 2 1 0 0 0 1 1 0โŽค โŽก1 โŽข โŽฅ 0โŽฅ โŽข0 โŽข0 โŽฅ 0 โŽฅ โ‡’ โŽข โŽข0 14โŽฅ โŽข โŽฅ 25โŽฅ โŽข0 โŽข0 โŽฅ 8โŽฆ โŽฃ 0 0 0 0 0 2โŽค โŽฅ 1 0 0 0 0 4โŽฅ 0 1 0 0 0 2โŽฅ โŽฅ 0 0 1 0 0 2โŽฅ โŽฅ 0 0 0 1 0 5โŽฅ 0 0 0 0 1 3โŽฅโŽฆ 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 โˆ’1 x n โˆ’1 . This creates a system of linear equations in a0 , a1 , an โˆ’1. 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, Kirchhoffโ€™s 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 โˆ’ โ‡’ T2 โˆ’ โˆ’ T1 = 75 T3 โˆ’ T1 + 4T2 โˆ’ T4 = 75 + 4T3 โˆ’ T4 = 25 โˆ’ T2 โˆ’ T3 + 4T4 = 25 Use Gauss-Jordan elimination to solve this system. โŽก 4 โˆ’1 โˆ’1 0 โŽข โŽขโˆ’1 4 0 โˆ’1 โŽขโˆ’1 0 4 โˆ’1 โŽข โŽขโŽฃ 0 โˆ’1 โˆ’1 4 75โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 75โŽฅ 0 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข 25 0 โŽฅ โŽข โŽขโŽฃ0 25โŽฅโŽฆ 0 0 0 31.25โŽค โŽฅ 1 0 0 31.25โŽฅ 0 1 0 18.75โŽฅ โŽฅ 0 0 1 18.75โŽฅโŽฆ So, T1 = 31.25ยฐC, T2 = 31.25ยฐC, T3 = 18.75ยฐC, and T4 = 18.75ยฐC. 38. 3x 2 โˆ’ 7 x โˆ’ 12 ( x + 4)( x โˆ’ 4) 2 A B C + + x + 4 x โˆ’ 4 ( x โˆ’ 4)2 = 3x 2 โˆ’ 7 x โˆ’ 12 = A( x โˆ’ 4) + B( x + 4)( x โˆ’ 4) + C ( x + 4) 2 3x 2 โˆ’ 7 x โˆ’ 12 = Ax 2 โˆ’ 8 Ax + 16 A + Bx 2 โˆ’ 16 B + Cx + 4C 3x 2 โˆ’ 7 x โˆ’ 12 = ( A + B ) x 2 + ( โˆ’8 A + C ) x + 16 A โˆ’ 16 B + 4C So, A + โˆ’8 A = B 3 + C = โˆ’7 16 A โˆ’ 16 B + 4C = โˆ’12. Use Gauss-Jordan elimination to solve the system. 1 0 3โŽค โŽก 1 โŽก 1 0 0 1โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โˆ’ 8 0 1 โˆ’ 7 โ‡’ โŽข โŽฅ โŽข0 1 0 2โŽฅ โŽข 16 โˆ’16 4 โˆ’12โŽฅ โŽข0 0 1 1โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ The solution is: A = 1, B = 2, and C = 1. So, 3x 2 โˆ’ 7 x โˆ’ 12 ( x + 4)( x โˆ’ 4) 2 = 1 2 1 + + x + 4 x โˆ’ 4 ( x โˆ’ 4)2 40. Use Gauss-Jordan elimination to solve the system. โŽก0 2 2 โˆ’2โŽค โŽก 1 0 0 25โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข2 0 1 โˆ’1โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 50โŽฅ โŽข2 1 0 100โŽฅ โŽข0 0 1 โˆ’51โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ So, x = 25, y = 50, and ฮป = โˆ’51. 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 โˆ’ 4t = 0 3×1 = โˆ’2 s + 4t x1 = 13 ( โˆ’2 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. โŽก1 1 โˆ’1โŽค โŽก 1 1 โˆ’1โŽค โŽก 1 1 โˆ’1โŽค โŽก 1 0 2โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ 3 2 0 0 1 3 0 1 3 โˆ’ โˆ’ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ0 1 โˆ’3โŽฆ Converting back to a linear system, the solution is x = 2 and y = โˆ’3. 12. Rearrange the equations, form the augmented matrix, and row reduce. 7โŽค โŽก1 0 3โŽค โŽก 1 โˆ’1 โŽก 1 โˆ’1 3โŽค โŽก 1 โˆ’1 3โŽค 3 โŽฅ. โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 โˆ’ 2 โŽฅ โ‡’ โŽข 2 0 1 โˆ’ 4 1 10 0 3 2 โˆ’ โˆ’ โŽข โŽฅ โŽข โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 3โŽฆ โŽฃ 3โŽฅ โŽฃ โŽฆ Converting back to a linear system, you obtain the solution x = 73 and y = โˆ’ 23 . 14. Rearrange the equations, form the augmented matrix, and row reduce. โŽก 4 1 0โŽค โŽก 1 โˆ’1 0โŽค โŽก 1 โˆ’1 0โŽค โŽก 1 0 0โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ. โŽฃโˆ’1 1 0โŽฆ โŽฃ4 1 0โŽฆ โŽฃ0 5 0โŽฆ โŽฃ0 1 0โŽฆ Converting back to a linear system, the solution is x = y = 0. 16. Row reduce the augmented matrix for this system. 3โŽค 3โŽค โŽก 1 3 โŽก1 3 โŽก40 30 24โŽค 4 5 โ‡’ 5 โŽฅ โŽข 4 โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽขโŽฃ20 15 โˆ’14โŽฅโŽฆ โŽขโŽฃ0 0 โˆ’26โŽฅโŽฆ โŽฃ20 15 โˆ’14โŽฆ Because the second row corresponds to the false statement 0 = โˆ’26, the system has no solution. 18. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix. โŽก1 โŽข3 โŽขโŽฃ2 3โŽค โŽก 1 0 โˆ’3โŽค โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ 3 15โŽฅโŽฆ โŽฃ0 1 7โŽฆ 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 10โŽค 5โŽค โŽก2 โŽก1 0 0 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข2 โˆ’3 โˆ’3 22โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 2โŽฅ โŽข4 โˆ’2 3 โˆ’2โŽฅ โŽข0 0 1 โˆ’6โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ So, the solution is: x = 5, y = 2, and z = โˆ’6. So, the solution is: x = โˆ’3, y = 7. 20. Multiplying both equations by 100 and forming the augmented matrix produces โŽก20 โˆ’10 7โŽค โŽข โŽฅ. โŽฃ40 โˆ’50 โˆ’1โŽฆ Gauss-Jordan elimination yields the following. 7โŽค โŽก 1 โˆ’1 7 โŽค โŽก1 โˆ’ 1 2 20 โ‡’ 2 20 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽฃโŽข40 โˆ’50 โˆ’1โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข0 โˆ’30 โˆ’15โŽฆโŽฅ โŽก1 โˆ’ 1 2 โ‡’ โŽข 1 โŽฃโŽข0 7โŽค โŽก1 20 โ‡’ โŽฅ โŽข 1 โŽฅ 2โŽฆ โŽฃโŽข0 32. Use the Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix. โŽก1 0 2 3โŽค โŽก2 1 2 4โŽค 2 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข2 2 0 5โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 โˆ’2 1โŽฅ โŽข0 0 0 0โŽฅ โŽข2 โˆ’1 6 2โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ Choosing z = t as the free variable, you can describe the solution as x = 32 โˆ’ 2t , y = 1 + 2t , and z = t , where t is any real number. 0 1 3โŽค 5 โŽฅ 1 โŽฅ 2โŽฆ 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. โŽก1 0 0 โˆ’ 3โŽค โŽก2 0 6 โˆ’9โŽค 4 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 0โŽฅ โŽข 3 โˆ’2 11 โˆ’16โŽฅ โ‡’ โŽข0 1 0 โŽข0 0 1 โˆ’ 5 โŽฅ โŽข โŽฅ โŽฃ 3 โˆ’1 7 โˆ’11โŽฆ 4โŽฆ โŽฃ So, the solution is: x = โˆ’ 34 , y = 0, and z = โˆ’ 54 . 36. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix. โŽก2 5 โˆ’19 34โŽค โŽก 1 0 3 2โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข โŽฅ 3 8 31 54 โˆ’ โŽฃ โŽฆ โŽฃ0 1 โˆ’5 6โŽฆ Choosing x3 = t as the free variable, you can describe the solution as x1 = 2 โˆ’ 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. โŽก1 โŽข โŽข0 โŽข0 โŽข โŽข2 โŽข โŽฃ2 0 14โŽค โŽก1 โŽฅ โŽข 0 3โŽฅ โŽข0 โŽฅ 0 3 8 6 16 โ‡’ โŽข0 โŽฅ โŽข โŽข0 4 0 0 โˆ’2 0โŽฅ โŽฅ โŽข 0 โˆ’1 0 0 0โŽฆ โŽฃ0 5 3 0 4 2 5 48. Use Gaussian elimination on the augmented matrix. 2โŽค โŽฅ 0โŽฅ 0 1 0 0 4โŽฅ โŽฅ 0 0 1 0 โˆ’1โŽฅ โŽฅ 0 0 0 1 2โŽฆ โŽก1 โŽก 1 โˆ’1 2 0โŽค โŽข โŽข โŽฅ โŽขโˆ’1 1 โˆ’1 0โŽฅ โ‡’ โŽข0 โŽข0 โŽข 1 k 1 0โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฃ 0 0 0 0 1 0 0 0 โŽก1 โŽข โ‡’ โŽข0 โŽข0 โŽฃ So, the solution is: x1 = 2, x2 = 0, x3 = 4, x4 = โˆ’1, and x5 = 2. 5 0 0โŽค โŽฅ 0 1 0โŽฅ . 0 0 1โŽฅ โŽฅ 0 0 0โŽฅโŽฆ 0 ( k + 1) โˆ’1 (k + 1) 0 2 0โŽค โŽฅ โˆ’1 0โŽฅ 1 0โŽฅโŽฆ โŽก2 โˆ’1 1 aโŽค โŽข โŽฅ โŽข 1 1 2 bโŽฅ โŽข0 3 3 cโŽฅ โŽฃ โŽฆ 42. Using a graphing utility, the augmented matrix reduces to โŽก 1 0 0 1.5 0โŽค โŽข โŽฅ โŽข0 1 0 0.5 0โŽฅ. โŽข0 0 1 0.5 0โŽฅ โŽฃ โŽฆ Choosing w = t as the free variable, you can describe the solution as x = โˆ’1.5t , y = โˆ’0.5t , z = โˆ’0.5t , w = t , where t is any real number. Use Gaussian elimination to reduce the matrix to row-echelon form. 1 โŽก โŽข1 โˆ’ 2 โŽข 1 โŽข1 โŽข 0 3 โŽฃ 1 2 2 3 1 โŽก aโŽค โŽข1 โˆ’ 2 โŽข 2โŽฅ โŽฅ โ‡’ โŽข 3 bโŽฅ โŽข0 2 โŽฅ โŽข cโŽฆ 3 โŽฃโŽข0 44. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix. 3 2 โˆ’ 52 0โŽค โŽฅ 0โŽฆโŽฅ Letting x3 = t be the free variable, you have x1 = โˆ’ 32 t , x2 = 52 t , and x3 = t , where t is any real number. 46. Use Gauss-Jordan elimination on the augmented matrix. โŽก 1 0 37 โŽก1 3 5 0โŽค 2 โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข 1 9 1 4 0 0 1 โˆ’ โŽฅโŽฆ โŽฃโŽข 2 โŽฃโŽข 2 0โŽค โŽฅ 1 0โŽฅ โˆ’1 0โŽฅโŽฆ 2 50. Form the augmented matrix for the system. The system is inconsistent, so there is no solution. โŽก1 0 โŽก2 4 โˆ’7 0โŽค โŽข โŽฅ โ‡’ โŽข 1 โˆ’ 3 9 0 โŽขโŽฃ0 1 โŽฃ โŽฆ โˆ’1 So, there will be exactly one solution (the trivial solution x = y = z = 0) if and only if k โ‰  โˆ’1. 40. Using a graphing utility, the augmented matrix reduces to โŽก1 โŽข โŽข0 โŽข0 โŽข โŽขโŽฃ0 23 0โŽค โŽฅ 0โŽฆโŽฅ Choosing x3 = t as the free variable, you can describe t , x2 = 92 t , and x3 = t , where the solution as x1 = โˆ’ 37 2 โˆ’ 1 2 3 2 3 a โŽค 2 โŽฅ โŽฅ 2b โˆ’ a โŽฅ 2 โŽฅ โŽฅ c โŽฆโŽฅ 1 โŽก โŽข1 โˆ’ 2 โŽข โ‡’ โŽข 1 โŽข0 โŽข 3 โŽขโŽฃ0 1 2 1 โŽก โŽข1 โˆ’ 2 โŽข โ‡’ โŽข 1 โŽข0 โŽข 0 โŽฃโŽข0 a โŽค โŽฅ 2 โŽฅ 2b โˆ’ a โŽฅ 1 โŽฅ 3 โŽฅ 0 c โˆ’ 2b + aโŽฆโŽฅ 1 3 a โŽค 2 โŽฅ โŽฅ 2b โˆ’ a โŽฅ 3 โŽฅ โŽฅ c โŽฅโŽฆ 1 2 (a) If c โˆ’ 2b + a โ‰  0, then the system has no solution. (b) The system cannot have one solution. (c) If c โˆ’ 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. โŽก0 0 0โŽค โŽก0 0 1โŽค โŽก0 1 0โŽค โŽก0 1 0โŽค โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 1โŽฆ โŽก0 1 aโŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽก1 0 0โŽค โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 1 0โŽฆ โŽฃ0 0 1โŽฆ โŽฃ0 1 aโŽฆ โŽก1 a 0โŽค โŽก1 a 0โŽค โŽก1 a bโŽค โŽก1 0 aโŽค โŽก1 0 aโŽค โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ, โŽข โŽฅ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 1โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 0 0โŽฆ โŽฃ0 1 0โŽฆ 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. โŽก(ฮป + 2) โŽข โŽข โˆ’2 โŽข 1 โŽฃ โˆ’2 (ฮป โˆ’ 1) 2 โŽก1 3 0โŽค 2 ฮป 0โŽค 2 โŽก1 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 6 0โŽฅ โ‡’ โŽข0 ฮป + 3 6 + 2ฮป 0โŽฅ โ‡’ โŽข0 ฮป + 3 โŽข 2 โŽฅ โŽข โŽฅ ฮป 0โŽฆ โŽขโŽฃ0 0 โŽฃ0 โˆ’2ฮป โˆ’ 6 โˆ’ฮป โˆ’ 2ฮป + 3 0โŽฆ ฮป 6 + 2ฮป (ฮป โˆ’ 2ฮป โˆ’ 15) 2 0โŽค โŽฅ 0โŽฅ โŽฅ 0โŽฅโŽฆ So, you need ฮป 2 โˆ’ 2ฮป โˆ’ 15 = (ฮป โˆ’ 5)(ฮป + 3) = 0, which implies ฮป = 5 or ฮป = โˆ’3. 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 โˆ’ a1 + a2 โˆ’ a3 = โˆ’1 x+ y โˆ’ z = 2 โˆ’2 x โˆ’ 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. โŽก1 1 โˆ’1 โˆ’1โŽค โŽข โŽฅ 0 0โŽฅ โŽข0 โ‡’ โŽข โŽฅ 0 1 1 1 โŽข โŽฅ โŽข 4 8 4โŽฆโŽฅ โŽฃ0 A B C Mixture X 1 5 2 5 2 5 Mixture Y 0 0 1 โŽก1 โˆ’1 โŽข โŽข1 0 โŽข1 1 โŽข โŽฃโŽข1 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 โˆ’ 1) 2 = A B C + + x + 1 x โˆ’ 1 ( x + 1)2 3x 2 + 3x โˆ’ 2 = A( x + 1)( x โˆ’ 1) + B( x + 1) + C ( x โˆ’ 1) 2 3x 2 + 3x โˆ’ 2 = Ax 2 โˆ’ A + Bx 2 + 2 Bx + B + Cx โˆ’ C 3x 2 + 3x โˆ’ 2 = ( A + B ) x 2 + ( 2 B + C ) x โˆ’ A + B โˆ’ C So, A + = 3 2B + C = 3 B โˆ’A + (2, 4) 3 โŽฌ x = 27 , z = 27 10 0 0 0 0โŽค โŽฅ 1 0 0 23 โŽฅ 0 1 0 0โŽฅ โŽฅ 0 0 1 13 โŽฅโŽฆ y (b) 2x + 1z = 8 5 3 27 โŽช โŽญ 3x 2 + 3x โˆ’ 2 0 4 1x + 1z = 6 โŽซ 5 3 27 โŽช 60. = 0 a0 (โˆ’ 1, โˆ’ 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 โˆ’ C = โˆ’2. Use Gauss-Jordan elimination to solve the system. 3โŽค โŽก 1 1 0 โŽก 1 0 0 2โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โ‡’ 0 2 1 3 โŽข โŽฅ โŽข0 1 0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 1 โˆ’1 โˆ’2โŽฅ โŽข0 0 1 1โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ The solution is: A = 2, B = 1, and C = 1. So, 3x 2 + 3x โˆ’ 2 ( x + 1) ( x โˆ’ 1) 2 = 2 1 1 + + . x + 1 x โˆ’ 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 โˆ’ 2v0 โˆ’ 3s0 = โˆ’450 โˆ’12v0 โˆ’ 16s0 = โˆ’2400 a + 2v0 + 2 s0 = โˆ’ 2v0 โˆ’ 3s0 = โˆ’450 3v0 + 4 s0 = 600 2v0 + 2 s0 = 268 a + โˆ’ 2v0 โˆ’ (โˆ’2)Eq.1 + Eq.2 (โˆ’9)Eq.1 + Eq.3 268 (โˆ’ 14 )Eq.3 3s0 = โˆ’450 โˆ’ s0 = โˆ’150 3Eq.2 + 2Eq.3 โˆ’ s0 = โˆ’150 โ‡’ s0 = 150 โˆ’2v0 โˆ’ 3(150) = โˆ’450 โ‡’ v0 = 0 a + 2(0) + 2(150) = 268 โ‡’ a = โˆ’32 The position equation is s = 12 ( โˆ’32)t 2 + (0)t + 150, or s = โˆ’16t 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 โˆ’ 100 + 50 = 50 x2 = 300 โˆ’ 100 + 50 = 250 x4 = โˆ’50 + 50 = 0. x6 Rearranging this system and forming the augmented matrix, you have โŽก 1 โˆ’1 โŽข โŽข1 0 โŽข0 1 โŽข โŽฃโŽข0 0 0 โˆ’1 0 1 0 โˆ’1 1 0 0 โˆ’200โŽค โŽฅ 100โŽฅ . 0 โˆ’1 0 300โŽฅ โŽฅ 1 1 โˆ’1 0โŽฅโŽฆ 0 The equivalent reduced row-echelon matrix is โŽก1 โŽข โŽข0 โŽข0 โŽข โŽขโŽฃ0 0 1 0 0 โˆ’1 100โŽค โŽฅ 0 300โŽฅ . 1 โˆ’1 0โŽฅ โŽฅ 0 0 0โŽฅโŽฆ 1 1 0 โˆ’1 0 0 1 0 0 0 Choosing x3 = r , x5 = s, and x6 = t as the free variables, you obtain x1 = 100 โˆ’ r + t x2 = 300 โˆ’ r + s x4 = โˆ’ 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 โŽก1 โŽค โˆ’ 12 โŽก 2 โˆ’1 3โŽค 2 1. โŽข โŽฅ โŽฅ โ‡’ โŽข 1a 6 โˆ’ 3a 0 + b 6 a b โŽขโŽฃ โŽฅ โŽฃ โŽฆ 2 2 โŽฆ (a) Unique solution if b + 12 a โ‰  0. For instance, a = b = 2. (b) Infinite number of solutions if b + 12 a = 6 โˆ’ 32 a = 0 โ‡’ a = 4 and b = โˆ’2. (c) No solution if b + 12 a = 0 and 6 โˆ’ 32 a โ‰  0 โ‡’ a โ‰  4 and b = โˆ’ 12 a. For instance, a = 2, b = โˆ’1. y (d) 2x + 2y = 6 y 2x โˆ’ y = 3 4 3 2 1 3 2 1 โˆ’4 x โˆ’2 โˆ’4 2 3 1 2 3 4 โˆ’2 โˆ’3 y = 3 (b) 2 x โˆ’ 2x + 2 y = 6 x โˆ’2 x โˆ’2 โˆ’2 โˆ’3 (a) 2 x โˆ’ y 2x โˆ’ y = 3 โˆ’2 โˆ’3 2x โˆ’ y = 3 2x โˆ’ y = 6 y = 3 (c) 2 x โˆ’ y = 3 4x โˆ’ 2 y = 6 2x โˆ’ 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 xโˆ’ y โˆ’ z = 0 z = 2 xโˆ’ y โˆ’ 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 โˆ’4 = x y = 9 2 x = โˆ’8 y + 2 = 11 x = โˆ’4 y = 9 โŽก 1 2โŽค โŽกโˆ’3 โˆ’2โŽค โŽก 1 โˆ’ 3 2 โˆ’ 2โŽค โŽกโˆ’2 0โŽค 6. (a) A + B = โŽข โŽฅ + โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃ2 1โŽฆ โŽฃ 4 2โŽฆ โŽฃ2 + 4 1 + 2โŽฆ โŽฃ 6 3โŽฆ โŽก 1 2โŽค โŽกโˆ’3 โˆ’2โŽค โŽก 1 + 3 2 + 2โŽค โŽก 4 4โŽค (b) A โˆ’ B = โŽข โŽฅ โˆ’ โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃ2 1โŽฆ โŽฃ 4 2โŽฆ โŽฃ2 โˆ’ 4 1 โˆ’ 2โŽฆ โŽฃโˆ’2 โˆ’1โŽฆ โŽก 2(1) 2( 2)โŽค โŽก 1 2โŽค โŽก2 4โŽค (c) 2 A = 2 โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข 2 2 2 1 2 1 ( )โŽฅโŽฆ โŽฃ4 2โŽฅโŽฆ โŽขโŽฃ ( ) โŽฃ โŽฆ โŽก2 4โŽค โŽกโˆ’3 โˆ’2โŽค โŽก5 6โŽค (d) 2 A โˆ’ B = โŽข โŽฅ โˆ’ โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃ4 2โŽฆ โŽฃ 4 2โŽฆ โŽฃ0 0โŽฆ โŽกโˆ’ 52 โˆ’1โŽค โŽกโˆ’3 โˆ’2โŽค 1 โŽก 1 2โŽค โŽกโˆ’3 โˆ’2โŽค โŽก 12 1โŽค = (e) B + 12 A = โŽข โŽข โŽฅ โŽฅ โŽฅ + 2โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ + โŽข 5 1 โŽขโŽฃ 5 2 โŽฆโŽฅ โŽฃ 4 2โŽฆ โŽฃ2 1โŽฆ โŽฃ 4 2โŽฆ โŽฃโŽข 1 2 โŽฆโŽฅ โŽก 2 1 1โŽค โŽก 2 โˆ’3 4โŽค โŽก 2 + 2 1 โˆ’ 3 1 + 4โŽค โŽก 4 โˆ’2 5โŽค 8. (a) A + B = โŽข โŽฅ + โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃโˆ’1 โˆ’1 4โŽฆ โŽฃโˆ’3 1 โˆ’2โŽฆ โŽฃโˆ’1 โˆ’ 3 โˆ’1 + 1 4 โˆ’ 2โŽฆ โŽฃโˆ’4 0 2โŽฆ โŽก 2 1 1โŽค โŽก 2 โˆ’3 4โŽค โŽก 2 โˆ’ 2 1 + 3 1 โˆ’ 4โŽค โŽก0 4 โˆ’3โŽค (b) A โˆ’ B = โŽข โŽฅ โˆ’ โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃโˆ’1 โˆ’1 4โŽฆ โŽฃโˆ’3 1 โˆ’2โŽฆ โŽฃโˆ’1 + 3 โˆ’1 โˆ’ 1 4 + 2โŽฆ โŽฃ2 โˆ’2 6โŽฆ โŽก 2( 2) 2(1) 2(1)โŽค โŽก 2 1 1โŽค โŽก 4 2 2โŽค (c) 2 A = 2 โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ2( โˆ’1) 2( โˆ’1) 2( 4)โŽฅโŽฆ โŽฃโˆ’1 โˆ’1 4โŽฆ โŽฃโˆ’2 โˆ’2 8โŽฆ โŽก 4 2 2โŽค โŽก 2 โˆ’3 4โŽค โŽก2 5 โˆ’2โŽค (d) 2 A โˆ’ B = โŽข โŽฅ โˆ’ โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โŽฃโˆ’2 โˆ’2 8โŽฆ โŽฃโˆ’3 1 โˆ’2โŽฆ โŽฃ 1 โˆ’3 10โŽฆ 1 โŽก 2 โˆ’3 4โŽค 1 โŽก 2 1 1โŽค โŽก 2 โˆ’3 4โŽค โŽก 1 2 (e) B + 12 A = โŽข โŽฅ + 2โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ + โŽข 1 1 โŽฃโˆ’3 1 โˆ’2โŽฆ โŽฃโˆ’1 โˆ’1 4โŽฆ โŽฃโˆ’3 1 โˆ’2โŽฆ โŽฃโŽขโˆ’ 2 โˆ’ 2 1โŽค 2 โŽก 3 โˆ’ 52 โŽฅ = โŽข 7 1 2โŽฆโŽฅ 2 โŽฃโŽขโˆ’ 2 9โŽค 2 โŽฅ 0โŽฆโŽฅ โŽก 2 + 0 3 + 6 4 + 2โŽค โŽก2 3 4โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก2 9 6โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 10. (a) A + B = โŽข0 1 โˆ’1โŽฅ + โŽข 4 1 0โŽฅ = โŽข 0 + 4 1 + 1 โˆ’1 + 0โŽฅ = โŽข4 2 โˆ’1โŽฅ โŽข2 + (โˆ’1) 0 + 2 1 + 4โŽฅ โŽข2 0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข 1 2 5โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽก 2 โˆ’ 0 3 โˆ’ 6 4 โˆ’ 2โŽค โŽก2 3 4โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก 2 โˆ’3 2โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ (b) A โˆ’ B = โŽข0 1 โˆ’1โŽฅ โˆ’ โŽข 4 1 0โŽฅ = โŽข 0 โˆ’ 4 1 โˆ’ 1 โˆ’1 โˆ’ 0โŽฅ = โŽขโˆ’4 0 โˆ’1โŽฅ โŽข2 โˆ’ ( โˆ’1) 0 โˆ’ 2 1 โˆ’ 4โŽฅ โŽข2 0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข 3 โˆ’2 โˆ’3โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽก2( 2) 2(3) 2( 4)โŽค โŽก2 3 4โŽค โŽก4 6 8โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ (c) 2 A = 2 โŽข0 1 โˆ’1โŽฅ = โŽข2(0) 2(1) 2( โˆ’1)โŽฅ = โŽข0 2 โˆ’2โŽฅ โŽข2( 2) 2(0) โŽข2 0 1โŽฅ โŽข4 0 2โŽฅ 2(1)โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ 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 โŽก2 3 4โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก4 6 8โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก 4 0 6โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 1 โˆ’2โŽฅ (d) 2 A โˆ’ B = 2 โŽข0 1 โˆ’1โŽฅ โˆ’ โŽข 4 1 0โŽฅ = โŽข0 2 โˆ’2โŽฅ โˆ’ โŽข 4 1 0โŽฅ = โŽขโˆ’4 โŽข2 0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข4 0 2โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข 5 โˆ’2 โˆ’2โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ (e) โŽก1 2โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก2 3 4โŽค โŽก 0 6 2โŽค โŽก 1 32 โŽฅ โŽข โŽฅ 1โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข 1 1 1 0โŽฅ + 2 โŽข0 1 โˆ’1โŽฅ = โŽข 4 1 0โŽฅ + โŽข0 2 โˆ’ 2 โŽฅ = โŽข4 โŽข0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข2 0 1โŽฅ โŽขโˆ’1 2 4โŽฅ โŽข 1 0 โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ 2โŽฆ โŽฃ โŽข B + 12 A = โŽข 4 12. (a) A + B is not possible. A and B have different sizes. (b) A โˆ’ B is not possible. A and B have different sizes. โŽก 3โŽค โŽก 6โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ (c) 2 A = 2 โŽข 2โŽฅ = โŽข 4โŽฅ โŽขโˆ’1โŽฅ โŽขโˆ’2โŽฅ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ 4โŽค โŽฅ โˆ’ 12 โŽฅ 9โŽฅ 2 2โŽฆ 15 2 3 2 16. Simplifying the right side of the equation produces โŽก w xโŽค โŽกโˆ’4 + 2 y 3 + 2wโŽค โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ. โŽฃ y xโŽฆ โŽฃ 2 + 2 z โˆ’1 + 2 xโŽฆ By setting corresponding entries equal to each other, you obtain four equations. (d) 2A โˆ’ B is not possible. A and B have different sizes. w = โˆ’4 + 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 = โŽงโˆ’2 y + w = โˆ’4 โŽช โŽชx โˆ’ 2w = 3 โ‡’ โŽจ 2 + 2z โŽชy โˆ’ 2z = 2 โŽชx = 1 โˆ’1 + 2 x โŽฉ 3 + 2w The solution to this linear system is: x = 1, y = 32 , z = โˆ’ 14 , and w = โˆ’1. โŽก2( 4) + ( โˆ’ 2)( 2) 2(1) + ( โˆ’ 2)( โˆ’ 2)โŽค 1โŽค 6โŽค โŽก 2 โˆ’ 2โŽค โŽก4 โŽก4 18. (a) AB = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅโŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ โˆ’1(1) + 4(โˆ’ 2) โŽฅโŽฆ 4โŽฆ โŽฃ2 โˆ’ 2โŽฆ โŽขโŽฃโˆ’1( 4) + 4( 2) โŽฃโˆ’1 โŽฃ4 โˆ’ 9โŽฆ โŽก4( 2) + 1( โˆ’1) 4( โˆ’ 2) + 1( 4) โŽค 1โŽค โŽก 2 โˆ’ 2โŽค โŽก4 โŽก7 โˆ’ 4โŽค (b) BA = โŽข โŽฅ = โŽข โŽฅโŽข โŽฅ = โŽข โŽฅ 4โŽฆ โŽฃ2 โˆ’ 2โŽฆ โŽฃโˆ’1 โŽฃ6 โˆ’12โŽฆ โŽฃโŽข2( 2) + ( โˆ’ 2)( โˆ’1) 2( โˆ’ 2) + ( โˆ’ 2)( 4)โŽฆโŽฅ โŽก 1 โˆ’1 7โŽค โŽก 1 1 2โŽค โŽก1(1) + ( โˆ’1)( 2) + 7(1) 1(1) + ( โˆ’1)(1) + 7( โˆ’3) 1( 2) + (โˆ’1)(1) + 7( 2)โŽค โŽก6 โˆ’21 15โŽค โŽฅ โŽข โŽข โŽฅโŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 20. (a) AB = โŽข2 โˆ’1 8โŽฅ โŽข2 1 1โŽฅ = โŽข2(1) + ( โˆ’1)( 2) + 8(1) 2(1) + (โˆ’1)(1) + 8( โˆ’3) 2( 2) + (โˆ’1)(1) + 8( 2)โŽฅ = โŽข8 โˆ’23 19โŽฅ โŽข3 1 โˆ’1โŽฅ โŽข 1 โˆ’3 2โŽฅ โŽข 3(1) + 1( 2) + ( โˆ’1)(1) 3(1) + 1(1) + ( โˆ’1)( โˆ’3) 3( 2) + 1(1) + ( โˆ’1)( 2)โŽฅ โŽข4 7 5โŽฅโŽฆ โŽฃ โŽฆโŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ 1(โˆ’1) + 1( โˆ’1)1 + 2(1) 1(7) + 1(8) + 2(โˆ’1)โŽค โŽก9 0 13โŽค โŽก 1 1 2โŽค โŽก 1 โˆ’1 7โŽค โŽก 1(1) + 1( 2) + 2(3) โŽฅ โŽข โŽข โŽฅโŽข โŽฅ โŽข โŽฅ (b) BA = โŽข2 1 1โŽฅ โŽข2 โˆ’1 8โŽฅ = โŽข 2(1) + 1( 2) + 1(3) 2(โˆ’1) + 1( โˆ’1) + 1(1) 2(7) + 1(8) + 1(โˆ’1)โŽฅ = โŽข7 โˆ’2 21โŽฅ โŽข 1 โˆ’3 2โŽฅ โŽข3 1 โˆ’1โŽฅ โŽข1(1) + ( โˆ’3)( 2) + 2(3) 1( โˆ’1) + ( โˆ’3)( โˆ’1) + 2(1) 1(7) + ( โˆ’3)(8) + 2(โˆ’1)โŽฅ โŽข 1 4 โˆ’19โŽฅ โŽฃ โŽฆโŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฆ โŽฃ 2 1โŽค โŽก 1 2โŽค โŽก3(1) + 2( 2) + 1(1) 3( 2) + 2(โˆ’1) + 1( โˆ’ 2) โŽค 2โŽค โŽก 3 โŽก 8 โŽข โŽฅ โŽข โŽฅโŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โˆ’ 3( 2) + 0( โˆ’1) + 4( โˆ’ 2) 0 4โŽฅ โŽข2 โˆ’1โŽฅ = โŽขโˆ’ 3(1) + 0( 2) + 4(1) 22. (a) AB = โŽขโˆ’ 3 โŽฅ = โŽข 1 โˆ’14โŽฅ โŽข4(1) + ( โˆ’ 2)( 2) + ( โˆ’ 4)(1) 4( 2) + ( โˆ’ 2)( โˆ’1) + (โˆ’ 4)(โˆ’ 2)โŽฅ โŽข 4 โˆ’ 2 โˆ’ 4โŽฅ โŽข 1 โˆ’ 2โŽฅ โŽขโˆ’ 4 18โŽฅ โŽฃ โŽฆโŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ (b) BA is not defined because B is 3 ร— 2 and A is 3 ร— 3. โŽก โˆ’1( 2) โˆ’1(1) โˆ’1(3) โˆ’1( 2)โŽค โŽก โˆ’1โŽค โŽกโˆ’ 2 โˆ’1 โˆ’ 3 โˆ’ 2โŽค โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ 2 2 2 1 2 3 2 2 2 () () ( )โŽฅ โŽขโŽข 4 2 6 4โŽฅโŽฅ โŽข ( ) = 24. (a) AB = โŽข โŽฅ [2 1 3 2] = โŽข โŽขโˆ’ 2โŽฅ โŽขโˆ’ 4 โˆ’ 2 โˆ’ 6 โˆ’ 4โŽฅ โˆ’ 2( 2) โˆ’ 2(1) โˆ’ 2(3) โˆ’ 2( 2)โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ 1( 2) 1(1) 1(3) 1( 2)โŽฅโŽฆ โŽขโŽฃ 1โŽฅโŽฆ 1 3 2โŽฆโŽฅ โŽฃโŽข 2 โŽก โˆ’1โŽค โŽข โŽฅ 2 (b) BA = [2 1 3 2] โŽข โŽฅ = โŽกโŽฃ2( โˆ’1) + 1( 2) + 3(โˆ’ 2) + 2(1)โŽฆโŽค = [โˆ’ 4] โŽขโˆ’ 2โŽฅ โŽข โŽฅ โŽขโŽฃ 1โŽฅโŽฆ 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.

Shop by Category See All


Shopping Cart (0)

Your bag is empty

Don't miss out on great deals! Start shopping or Sign in to view products added.

Shop What's New Sign in