题目
Problem
4. (i)
A=(−3−38k)
where k is a constant
The transformation represented by A transforms triangle T to triangle T′
The area of triangle T′ is three times the area of triangle T
Determine the possible values of k
(4)
(ii)
B=(a2−43)
and
BC=(215412)
where a is a constant
Determine, in terms of a, the matrix C
(4)
题目中文翻译
- (i)
A=(−3−38k)
其中 k 是常数。
矩阵 A 表示的变换将三角形 T 变成三角形 T′。
三角形 T′ 的面积是三角形 T 面积的三倍。
求 k 的可能值。
(4)
(ii)
B=(a2−43)
且
BC=(215412)
其中 a 是常数。
用 a 表示矩阵 C。
(4)
解答
(i)
解法一
思路
展开
二维线性变换把面积放大为原来的 ∣detA∣ 倍。题目只给面积倍数,没有限定是否发生翻转,因此行列式可为 3 或 −3,两种情况都要保留。
答题过程
展开
The area scale factor is ∣detA∣. Now
detA==(−3)k−8(−3)24−3k.
Since the area of T′ is three times the area of T,
∣24−3k∣=3.
For the positive determinant,
24−3k=3k=k=3,21,7.
For the negative determinant,
24−3k=3k=k=−3,27,9.
Thus
k=7 or k=9.
(ii)
解法一
思路
展开
由 BC 已知,在等式左侧乘 B−1,得到 C=B−1(BC)。先求二阶矩阵的逆矩阵,再按正确次序与右侧的 2×3 矩阵相乘。用 D=3a+8 简记共同分母,逐一计算六个元素。
答题过程
展开
First,
==detB3a−(−4)(2)3a+8.
Write D=3a+8. Then
=B−1D1×(3−24a).
Multiplying on the left gives
C=B−1(BC).
Let M denote the product of the two matrices below:
=M(3−24a)×(215412).
Each entry is a row-by-column product:
m11==m12==m13==3(2)+4(1)10,3(5)+4(4)31,3(1)+4(2)11.
For the second row,
======m21(−2)(2)+a(1)a−4,m22(−2)(5)+a(4)4a−10,m23(−2)(1)+a(2)2a−2.
Therefore C=D−1M, so
C=
(D10Da−4D31D4a−10D11D2a−2),
where D=3a+8.
解法二
思路
展开
也可以直接设出 C 的六个元素。矩阵乘法后,每一列各产生两个一次方程;逐列消元即可求出对应的两个元素,不必显式写出 B−1。
答题过程
展开
Let
C=(psqtru).
Matrix multiplication gives three pairs of equations:
ap−4s=2p+3s=2,1;
aq−4t=2q+3t=5,4;
ar−4u=2r+3u=1,2.
For each pair, multiply the first equation by 3 and the second by 4, then add. For the first column,
3ap−12s=8p+12s=6,4.
Adding eliminates s:
(3a+8)p=10.
For the second column,
3aq−12t=8q+12t=15,16,
so
(3a+8)q=31.
For the third column,
3ar−12u=8r+12u=3,8,
so
(3a+8)r=11.
Writing D=3a+8,
p=q=r=D10,D31,D11.
Substitute into the second equation of each pair. From 2p+3s=1,
s======31−2p31−20/D3DD−203D3a+8−203D3a−12Da−4.
From 2q+3t=4,
t======34−2q34−62/D3D4D−623D12a+32−623D12a−30D4a−10.
From 2r+3u=2,
u======32−2r32−22/D3D2D−223D6a+16−223D6a−6D2a−2.
Therefore
C=
(D10Da−4D31D4a−10D11D2a−2),
where D=3a+8.