Skip to content
CalcGospel 國際數學圖譜
返回

IAL 2021 Jan FP1 Q7

A Level / Edexcel / FP1

IAL 2021 Jan Paper · Question 7

题目

Problem

The matrix A\mathbf{A} is defined by

A=(4532)\mathbf{A} = \begin{pmatrix} 4 & -5 \\ -3 & 2 \end{pmatrix}

The transformation represented by A\mathbf{A} maps triangle TT onto triangle TT'

Given that the area of triangle TT is 2323 cm2^2

(a) determine the area of triangle TT'

(2)

The point PP has coordinates (3p+2,2p1)(3p + 2, 2p - 1) where pp is a constant. The transformation represented by A\mathbf{A} maps PP onto the point PP' with coordinates (17,18)(17, -18)

(b) Determine the value of pp.

(2)

Given that

B=(0110)\mathbf{B} = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix}

(c) describe fully the single geometrical transformation represented by matrix B\mathbf{B}

(2)

The transformation represented by matrix A\mathbf{A} followed by the transformation represented by matrix C\mathbf{C} is equivalent to the transformation represented by matrix B\mathbf{B}

(d) Determine C\mathbf{C}

(3)
题目中文翻译

矩阵 A\mathbf{A} 定义为 A=(4532)\mathbf{A} = \begin{pmatrix} 4 & -5 \\ -3 & 2 \end{pmatrix}

A\mathbf{A} 所表示的变换将三角形 TT 映射到三角形 TT'

已知三角形 TT 的面积为 2323 cm2^2

(a) 确定三角形 TT' 的面积。

PP 的坐标为 (3p+2,2p1)(3p + 2, 2p - 1),其中 pp 为常数。A\mathbf{A} 所表示的变换将 PP 映射到坐标为 (17,18)(17, -18) 的点 PP'

(b) 确定 pp 的值。

已知 B=(0110)\mathbf{B} = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix}

(c) 完整描述矩阵 B\mathbf{B} 所表示的单次几何变换。

矩阵 A\mathbf{A} 所表示的变换后接矩阵 C\mathbf{C} 所表示的变换,等价于矩阵 B\mathbf{B} 所表示的变换。

(d) 确定矩阵 C\mathbf{C}

解答

(a)

解法一

思路

展开

二维线性变换会把面积乘以变换矩阵行列式的绝对值。先求 detA\det\mathbf{A},再用面积比例因子 detA|\det\mathbf{A}| 乘原三角形的面积。

答题过程

展开

The area scale factor is

detA=4(2)(5)(3)=815=7.\begin{align*} |\det\mathbf{A}| =&\,\left|4(2)-(-5)(-3)\right|\\ =&\,|8-15|\\ =&\,7. \end{align*}

Therefore,

Area(T)=7(23)=161 cm2.\operatorname{Area}(T')=7(23)=\boxed{161\text{ cm}^2}.

(b)

解法一

思路

展开

把点 PP 的坐标写成列向量并左乘矩阵 A\mathbf{A}。将所得坐标与 P=(17,18)P'=(17,-18) 对应相等,解其中一个线性方程即可得到 pp;另一个坐标可用于核对。

答题过程

展开

Since A\mathbf{A} maps PP onto PP',

(4532)(3p+22p1)=(1718).\begin{pmatrix} 4&-5\\ -3&2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3p+2\\ 2p-1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 17\\ -18 \end{pmatrix}.

Using the first coordinate,

4(3p+2)5(2p1)=17,2p+13=17,p=2.\begin{align*} 4(3p+2)-5(2p-1)=&\,17,\\ 2p+13=&\,17,\\ p=&\,2. \end{align*}

Indeed, the second coordinate gives

3(3p+2)+2(2p1)=18-3(3p+2)+2(2p-1)=-18

when p=2p=2. Hence

p=2.\boxed{p=2}.

(c)

解法一

思路

展开

观察标准旋转矩阵。矩阵 B\mathbf{B} 把基向量 (1,0)(1,0) 映射到 (0,1)(0,-1),因此表示以原点为中心顺时针旋转 9090^\circ

答题过程

展开

The matrix

B=(0110)\mathbf{B}= \begin{pmatrix} 0&1\\ -1&0 \end{pmatrix}

represents a rotation through 9090^\circ clockwise about the origin.

(d)

解法一

思路

展开

先进行 A\mathbf{A} 变换,再进行 C\mathbf{C} 变换,合成矩阵是 CA\mathbf{CA},所以 CA=B\mathbf{CA}=\mathbf{B}。在等式右边乘 A1\mathbf{A}^{-1},得到 C=BA1\mathbf{C}=\mathbf{BA}^{-1}

答题过程

展开

Since the transformation represented by A\mathbf{A} is followed by that represented by C\mathbf{C},

CA=B.\mathbf{CA}=\mathbf{B}.

Now

A1=14(2)(5)(3)(2534)=17(2534).\begin{align*} \mathbf{A}^{-1} =&\,\frac{1}{4(2)-(-5)(-3)} \begin{pmatrix} 2&5\\ 3&4 \end{pmatrix}\\ =&\,-\frac17 \begin{pmatrix} 2&5\\ 3&4 \end{pmatrix}. \end{align*}

Therefore,

C=BA1=17(0110)(2534)=17(3425).\begin{align*} \mathbf{C} =&\,\mathbf{BA}^{-1}\\ =&\,-\frac17 \begin{pmatrix} 0&1\\ -1&0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 2&5\\ 3&4 \end{pmatrix}\\ =&\,-\frac17 \begin{pmatrix} 3&4\\ -2&-5 \end{pmatrix}. \end{align*}

Hence

C=(37472757).\boxed{ \mathbf{C}= \begin{pmatrix} -\dfrac37&-\dfrac47\\ \dfrac27&\dfrac57 \end{pmatrix} }.