- 变换的复合与二阶矩阵的乘法
- 共172题
选修4-2:矩阵与变换
曲线C1:x2+2y2=1在矩阵的作用下变换为曲线C2,求C2的方程.
正确答案
解:设P(x,y)为曲线C2上任意一点,P′(x′,y′)为曲线x2+2y2=1上与P对应的点,
=
,得
∴(5分)
∵P′是曲线C1上的点,
∴C2的方程(x-2y)2+2y2=1.(10分)
解析
解:设P(x,y)为曲线C2上任意一点,P′(x′,y′)为曲线x2+2y2=1上与P对应的点,
=
,得
∴(5分)
∵P′是曲线C1上的点,
∴C2的方程(x-2y)2+2y2=1.(10分)
(1)如图,∠PAQ是直角,圆O与AP相切于点T,与AQ相交于两点B,C.求证:BT平分∠OBA
(2)若点A(2,2)在矩阵M=对应变换的作用下得到的点为B(-2,2),求矩阵M的逆矩阵;
(3)在极坐标系中,A为曲线ρ2+2ρcosθ-3=0上的动点,B为直线ρcosθ+ρsinθ-7=0上的动点,求AB的最小值;
(4)已知a1,a2…an都是正数,且a1•a2…an=1,求证:.
正确答案
(1)证明:连接OT,因为AT是切线,所以OT⊥AP.
因为∠PAQ是直角,即AQ⊥AP,所以AB∥OT,所以∠TBA=∠BTO.(5分)
因为OT=OB,所以∠OTB=∠OBT,
所以∠OBT=∠TBA,
即BT平分∠OBA.(10分)
(2)解:由题意知,,即
,
所以,解得
所以.(5分)
由,解得
.(10分)
另解:矩阵M的行列式,所以
.
(3)解:圆方程为(x+1)2+y2=4,圆心(-1,0),直线方程为x+y-7=0,(5分)
圆心到直线的距离,所以(AB)min=
. (10分)
(4)证明:因为a1是正数,所以2a1=1+1+a1≥3,(5分)
同理,2aj≥1+1+aj≥3,
将上述不等式两边相乘,得,
因为a1•a2•…•an=1,所以.(10分)
解析
(1)证明:连接OT,因为AT是切线,所以OT⊥AP.
因为∠PAQ是直角,即AQ⊥AP,所以AB∥OT,所以∠TBA=∠BTO.(5分)
因为OT=OB,所以∠OTB=∠OBT,
所以∠OBT=∠TBA,
即BT平分∠OBA.(10分)
(2)解:由题意知,,即
,
所以,解得
所以.(5分)
由,解得
.(10分)
另解:矩阵M的行列式,所以
.
(3)解:圆方程为(x+1)2+y2=4,圆心(-1,0),直线方程为x+y-7=0,(5分)
圆心到直线的距离,所以(AB)min=
. (10分)
(4)证明:因为a1是正数,所以2a1=1+1+a1≥3,(5分)
同理,2aj≥1+1+aj≥3,
将上述不等式两边相乘,得,
因为a1•a2•…•an=1,所以.(10分)
已知矩阵的逆矩阵是
,则a+b=______.
正确答案
8
解析
解:根据矩阵的逆矩阵是
,得
=
,
∴,
解得
∴a+b=8.
故答案为:8.
已知矩阵A=的逆矩阵A-1=
,则ab=______.
正确答案
125
解析
解:∵矩阵A=的逆矩阵A-1=
,
∴=
,
∴a=5,b=3,
∴ab=125,
故答案为:125.
求矩阵A=的逆矩阵.
正确答案
解:|A|=ad-bc=6-4=2
∴A-1==
解析
解:|A|=ad-bc=6-4=2
∴A-1==
已知M=,求曲线2x2-2xy+1=0在矩阵M-1对应的变换作用下得到的曲线方程.
正确答案
解:设P(x′,y′)是曲线2x2-2xy+1=0上任意一点,
点P在矩阵M-1对应的变换下变为点P′(x,y),
则有=
=
,
解得x′=x,,
代入2x′2-2x′y′+1=0,可得xy=1,
所以曲线2x2-2xy+1=0在MN对应的变换作用下得到的曲线方程为:xy=1.
解析
解:设P(x′,y′)是曲线2x2-2xy+1=0上任意一点,
点P在矩阵M-1对应的变换下变为点P′(x,y),
则有=
=
,
解得x′=x,,
代入2x′2-2x′y′+1=0,可得xy=1,
所以曲线2x2-2xy+1=0在MN对应的变换作用下得到的曲线方程为:xy=1.
在A、B、C、D四小题中只能选做2题,每小题10分,共计20分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
A.选修4-1:几何证明选讲
如图,CP是圆O的切线,P为切点,直线CO交圆O于A,B两点,AD⊥CP,垂足为D.
求证:∠DAP=∠BAP.
B.选修4-2:矩阵与变换
设a>0,b>0,若矩阵A=把圆C:x2+y2=1变换为椭圆E:
=1.
(1)求a,b的值;(2)求矩阵A的逆矩阵A-1
C.选修4-4:坐标系与参数方程在极坐标系中,已知圆C:ρ=4cosθ被直线l:ρsin(θ-\frac{π}{6})=a截得的弦长为2求实数a的值.
D.选修4-5:不等式选讲已知a,b是正数,求证:a2+4b2≥4.
正确答案
A、证明:因为CP与圆O相切,所以∠DPA=∠PBA.…2分
因为AB为圆O直径,所以∠APB=90°,
所以∠BAP=90°-∠PBA.…6分
因为AD⊥CP,所以∠DAP=90°-∠DPA,
所以∠DAP=∠BAP. …10分
B.选修4-2:矩阵与变换
解:(1)设点P(x,y)为圆C:x2+y2=1上任意一点,经过矩阵A变换后对应点为P′(x′,y′)
则=
=
,所以
. …2分
因为点P′(x′,y′)在椭圆E:=1上,
所以,这个方程即为圆C方程. …6分
所以,因为a>0,b>0,所以a=2,b=
. …8分
(2)由(1)得A=,所以
,所以A-1=
. …10分
C.选修4-4:坐标系与参数方程
解:因为圆C的直角坐标方程为(x-2) 2+y2=4,直线l的直角坐标方程为x-y+2a=0. …4分
所以圆心C到直线l的距离d==|1+a|. …6分
因为圆C被直线l截得的弦长为2,所以r2-d2=3.
即4-(1+a)2=3.解得a=0,或a=-2. …10分
D.选修4-5:不等式选讲
证明:因为a,b是正数,所以a2+4b2≥4ab. …2分
所以a2+4b2+≥4ab+
≥2
=4.
即a2+4b2+≥4. …10分
解析
A、证明:因为CP与圆O相切,所以∠DPA=∠PBA.…2分
因为AB为圆O直径,所以∠APB=90°,
所以∠BAP=90°-∠PBA.…6分
因为AD⊥CP,所以∠DAP=90°-∠DPA,
所以∠DAP=∠BAP. …10分
B.选修4-2:矩阵与变换
解:(1)设点P(x,y)为圆C:x2+y2=1上任意一点,经过矩阵A变换后对应点为P′(x′,y′)
则=
=
,所以
. …2分
因为点P′(x′,y′)在椭圆E:=1上,
所以,这个方程即为圆C方程. …6分
所以,因为a>0,b>0,所以a=2,b=
. …8分
(2)由(1)得A=,所以
,所以A-1=
. …10分
C.选修4-4:坐标系与参数方程
解:因为圆C的直角坐标方程为(x-2) 2+y2=4,直线l的直角坐标方程为x-y+2a=0. …4分
所以圆心C到直线l的距离d==|1+a|. …6分
因为圆C被直线l截得的弦长为2,所以r2-d2=3.
即4-(1+a)2=3.解得a=0,或a=-2. …10分
D.选修4-5:不等式选讲
证明:因为a,b是正数,所以a2+4b2≥4ab. …2分
所以a2+4b2+≥4ab+
≥2
=4.
即a2+4b2+≥4. …10分
已知线性变换τ:对应的矩阵为T,向量
=(
).
(Ⅰ)求矩阵T的逆矩阵T-1;
(Ⅱ)若向量在τ作用下变为向量
,求向量
.
正确答案
解:(Ⅰ)依题意T=,所以
=4,
所以T-1=.----------(3分)
(Ⅱ)由T=
,得
=T-1
=
=
.----------(7分)
解析
解:(Ⅰ)依题意T=,所以
=4,
所以T-1=.----------(3分)
(Ⅱ)由T=
,得
=T-1
=
=
.----------(7分)
已知矩阵A=
(1)求A的逆矩阵A-1;
(2)求A的特征值及对应的特征向量.
正确答案
解:(1)∵矩阵A=,
∴矩阵A对应的行列式=1×3-2×4=-5≠0,
∴矩阵A可逆,
∴A-1=,
∴A-1=.
(2)A的特征多项式:
f(λ)=
=(λ-1)(λ-3)-8
=λ2-4λ-5,
令f(λ)=0,得:
λ=5或λ=-1;
当λ=5时,
由得特征向量
,
当λ=-1时,
由得特征向量
.
解析
解:(1)∵矩阵A=,
∴矩阵A对应的行列式=1×3-2×4=-5≠0,
∴矩阵A可逆,
∴A-1=,
∴A-1=.
(2)A的特征多项式:
f(λ)=
=(λ-1)(λ-3)-8
=λ2-4λ-5,
令f(λ)=0,得:
λ=5或λ=-1;
当λ=5时,
由得特征向量
,
当λ=-1时,
由得特征向量
.
选修4-2:矩阵与变换
设矩阵.
(I)若a=2,b=3,求矩阵M的逆矩阵M-1;
(Ⅱ)若曲线C:x2+4xy+2y2=1在矩阵M的作用下变换成曲线C‘:x2-2y2=1,求a+b的值.
正确答案
解析
解:(I)若a=2,b=3,则,∴|M|=
=-5
故所求的逆矩阵M-1=.…(4分)
(II)设曲线C上任意一点P(x,y),它在矩阵M所对应的线性变换作用下得到点P‘(x',y'),
则=
,
即,…(5分)
又点P'(x',y')在曲线C'上,所以x'2-2y'2=1,则(x+ay)2-2(bx+y)2=1,
即(1-2b2)x2+(2a-4b)xy+(a2-2)y2=1为曲线C的方程,
又已知曲线C的方程为x2+4xy+2y2=1,
比较系数可得,解得b=0,a=2,
∴a+b=2.…(7分)
已知矩阵,点A(1,0)在矩阵M对应变换作用下变为A‘(1,2),求矩阵M的逆矩阵M-1.
正确答案
解:由题意得=
,
∴,
∴M-1=.
解析
解:由题意得=
,
∴,
∴M-1=.
设矩阵A=
①求矩阵A的逆矩阵A-1
②若曲线C在矩阵A-1D的作用下变为曲线C:′x2-y2=1,求曲线C的方程.
正确答案
解析
解:①矩阵A=的行列式为
=-1,
所以A-1=;
②设曲线C上任一点P(x,y)在矩阵A-1对应的变换作用后变为曲线C′上一点Q(x′,y′),
则=
=
,
从而
因为点Q在曲线C′上,所以x′2-y′2=1,即(-3x+2y)2-(2x-y)2=1,
从而5x2-8xy+3y2=1.
所以曲线C的方程为5x2-8xy+3y2=1.
已知矩阵A=对应的变换把曲线y=sinx变为曲线y=sin2x
(1)求矩阵A;
(2)若矩阵B=,求AB的逆矩阵.
正确答案
解:(1)把曲线y=sinx变为曲线y=sin2x,横坐标变为原来的倍,纵坐标不变,
所以A=;
(2)AB==
,
行列式为=2,
所以AB的逆矩阵为.
解析
解:(1)把曲线y=sinx变为曲线y=sin2x,横坐标变为原来的倍,纵坐标不变,
所以A=;
(2)AB==
,
行列式为=2,
所以AB的逆矩阵为.
设矩阵M是把坐标平面上的点的横坐标伸长到原来的3倍,纵坐标伸长到原来的2倍的伸压变换矩阵.
(1)求逆矩阵M-1;
(2)求椭圆在矩阵M-1作用下变换得到的新曲线的方程.
正确答案
解:(1).(5分)
(2)任意选取椭圆上的一点P(x0,y0),它在矩阵
对应的变换下变为P‘(x0′,y0′),则有,故
.
又因为点P在椭圆上,所以
,即有
,
因此x0'2+y0'2=1.
从而椭圆在M-1的作用下的新曲线的方程为x2+y2=1.(10分)
解析
解:(1).(5分)
(2)任意选取椭圆上的一点P(x0,y0),它在矩阵
对应的变换下变为P‘(x0′,y0′),则有,故
.
又因为点P在椭圆上,所以
,即有
,
因此x0'2+y0'2=1.
从而椭圆在M-1的作用下的新曲线的方程为x2+y2=1.(10分)
(选修4-2:矩阵与变换)
已知矩阵A的逆矩阵A-1=,求矩阵A.
正确答案
解:设,则由AA-1=E得
,
解得所以
.(10分)
解析
解:设,则由AA-1=E得
,
解得所以
.(10分)
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