Geometria 22 Giugno 2001: Tema A

Domanda 1

Discutere, al variare del parametro \(a\in\mathbb{R}\), le soluzioni del sistema di equazioni: \[ \begin{cases} x+ 4z=a,\\ 2x+ay+9z=1,\\ ax+3y-7z=1, \end{cases} \] Determinare in particolare le soluzioni del sistema per \(a=1\).

soluzione

Per \(a\neq -3/4\) ed \(a \neq -1\) esiste una unica soluzione:

\[\begin{cases} x= (31\,a-12+7\,{a}^{2})/(4\,{a}^{2}+7\,a+3), \\ y=-(9\,{a}^{2}-8+10\,a)/(4\,{a}^{2}+7\,a+3), \\ z= ({a}^{3}-7\,a+3)/(4\,{a}^{2}+7\,a+3), \end{cases}\]

in particolate per \(a=1\) vale

\[\begin{cases} x=13/7, \\ y=-11/14, \\ z=-3/14. \end{cases}\]

Per \(a=-3/4\) e \(a=-1\) il sistema non ammette soluzioni.

Domanda 2

Calcolare autovalori ed autovettori della seguente matrice:

\[\left( \begin{matrix} 7&-2&-1\\ -2&4&2\\ 8&-4&-2 \end{matrix} \right)\]

dire se è diagonalizzabile, se si scrivere la matrice che diagonalizza la matrice.

soluzione

La matrice è diagonalizzabile perche ha 3 autovalori distinti, \(\lambda_{1}=3\), \(\lambda_{2}=6\), \(\lambda_{3}=0\). La matrice che diagonalizza è quella le cui colonne sono gli autovettori e vale:

\[\left( \begin{matrix} 1 & 1 & 0 \\ 2 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 2 \end{matrix} \right)\]

Domanda 3

Sia \(\pi\) il piano passante per i punti \(A=(1,-1,0)\), \(B=(-3,2,1)\) a \(C=(-1,1,1)\), determinarne l’equazione cartesiana.

Sia \(r\) la retta ortogonale al piano \(\pi\) nel punto \(P=(-9,3,-1)\) e sia \(s\) la retta passante per i punti \(D=(-3,3,-7)\) ed \(E=(2,1,-11)\). Trovare le equazioni delle due rette e studiare la loro posizione reciproca stabilendo se esse sono incidenti, parallele o sghembe.

Trovare le coordinate dei due punti appartenti alla retta \(s\) aventi entrambi distanza dal punto \(Q=(-7,7,-5)\) pari a \(d(Q,\pi)\).

soluzione

l’equazione del piano è: \[ \pi\;:\; -x-2\,y+2\,z-1 = 0, \] le rette hanno equazione parametrica: \[ r\;:\; \begin{cases} x=-9-t\\ y=3-2\,t\\ z=-1+2\,t \end{cases}, \qquad s\;:\; \begin{cases} x=-3+5\,t\\ y=3-2\,t\\ z=-7-4\,t \end{cases} \] e sono incidenti nel punto \[ \left(-8, 5, -3\right) \] La distanza \(d(Q,\pi) = 6\) e i punti su \(s\) aventi distanza 6 punto \(Q\) sono: \[ \left( -3, 3, -7\right), \qquad \left( -11, \frac{31}{5}, -\frac{3}{5}\right). \]