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Algebra per il corso di laurea in Informatica
Prof. A. De Sole
II Appello scritto
14 febbraio 2014
Nome e Cognome:
Alberto De Sole
Numero di Matricola:
1234567890
Esercizio
Punti totali
Punteggio
1
8
8
2
5
5
3
5
5
4
5
5
5
5
5
6
5
5
Totale
33
33
Giustificate le risposte!
1
I parte
Esercizio 1. Per ciascuna delle seguenti affermazioni cerchiare V se si tratta di un’affermazione vera e
F se si tratta di un’affermazione falsa. (Non `e necessario fornire alcuna giustificazione.)
V or F
Una matrice diagonale `e sempre invertibile. F
V or F
V
Sia A una matrice 3 × 3 con det(A) = 0. Esiste un vettore X ∈ R3 non nullo tale che AX = 0.
V or F
L’insieme dei punti
x
y
∈ R2 soluzioni dell’equazione x2 + y 2 = 1 formano un sottospazio
vettoriale di R2 . F
V or F
Z/6Z `e un campo. F
V or F
Sia V uno spazio vettoriale reale di dimensione 5. Sia T : V → V un’applicazione lineare, e
sia P (x) il polinomio caratteristico di T . Se P (1) = P (2) = P (3) = P (4) = P (5) = 0, allora T `e
diagonalizzabile. V
V or F
V
Sia G un gruppo di ordine |G| = 6. Vale a6 = 1 per ogni a ∈ G (1 denota l’unit`a del gruppo).
V or F
Siano H, K ⊂ G sottogruppi del gruppo G. Allora H ∩ K `e un sottogruppo di G. V
V or F
I gruppi Z/12Z e Z/4Z × Z/3Z sono isomorfi. V
2
Esercizio 2. Determinare, al variare del parametro a ∈ R, la dimensione dello spazio delle soluzioni del
seguente sistema si equazioni lineari omogenee nelle variabili x1 , x2 , x3 , x4 :

 2x1 + 3x2 − 4x3 + 5x4 = 0
x2 − x3 + x4 = 0

4x1 + 2x2 − 3x3 + ax4 = 0
Soluzione:
La matrice dei coefficienti `e

2
A= 0
4
3
1
2
−4
−1
−3

5
1 
a
A seguito di eliminazione di Gauss, tale matrice diventa



2 3 −4
5
2
→ 0
1
A →  0 1 −1
0 −4 5 a − 10
0
3
1
0
−4
−1
1

5
1 
a−6
Dunque, la matrice A ha rango (= dim(Im A)) 3 (perch`e ci sono 3 scalini), e nucleo di dimensione
dim(ker A) = n − dim(Im A) = 4 − 3 = 1. Il nucleo di A `e proprio lo spazio delle soluzioni del sistema
assegnato, che ha dunque dimensione 1.
Risposta:
Dimensione =
1 per qualunque valore di a
3
Esercizio 3. Si consideri la seguente matrice 3 × 3

2
A =  −2
a
reale:

0 − 13
1 1 .
0 0
Per quali valori del parametro a ∈ R la matrice A `e diagonalizzabile?
Soluzione:
Il polinomio caratteristico della matrice `e:


2−x
0
− 13
a
a
1 − x 1  = (2 − x)(1 − x)(−x) + (1 − x) = (1 − x)(x2 − 2x + )
P (x) = det  −2
3
3
a
0
−x
Gli autovalori di A sono le radici del polinomio caratteristico, ovvero
r
a
λ1 = 1 , λ2,3 = 1 ± 1 −
3
Se 1 − a3 < 0, gli autovalori λ2 e λ3 non sono numeri reali, e quindi A non `e diagonalizzabile su R. Se
1 − a3 > 0 (ovvero a < 3), λ1 , λ2 e λ3 sono autovalori reali distinti, quindi A (matrice 3 × 3 `e certamente
diagonalizzabile. Infine, se 1− a3 > 0, c’e’ un unico autovalore λ1 = λ2 = λ3 = 1, di molteplicit`a algebrica
3. Ma l’unica matrice diagonalizzabile con unico autosalone 1 `e la matrice identit`a. Quindi A non pu´
o
essere diagonalizzabile.
Risposta:
A `e diagonalizzabile per
a<3
4
Esercizio 4. Sia A una matrice 5 × 5 a coefficienti reali, con nucleo



x







 y  



 x, y ∈ R ⊂ R5 .
0
ker(A) = 






 0 






0
Per ciascuna delle seguenti affermazioni fornire una spiegazione (se si tratta di un’affermazione vera) o
trovare un controesempio (se si tratta di un’affermazione falsa):
(a) A ha autovalore 0.
(b) La molteplicit`
a geometrica dell’autovalore 0 `e 2.
(c) La molteplicit`
a algebrica dell’autovalore 0 `e 2.
Soluzione:
(a) λ `e autovalore vuol dire che ker(A − λ1) 6= 0. Poich`e in questo caso ker(A) 6= 0, allora certamente 0
`e un autovalore.
(b) La molteplicit`
a geometrica dell’autovalore 0 `e, per definizione, la dimensione di ker(A), che in questo
caso `e chiaramente pari a 2.
(c) Questa affermazione `e in generale

0 0 0
 0 0 1

 0 0 0

 0 0 0
0 0 0
falsa. Controesempio


0 0
0 0
 0 0
0 0 



1 0 
 e  0 0
 0 0
0 1 
0 0
0 0
sono le seguenti matrici:

0 0
0
1 0
0 

0 0
0 

0 179 0 
0 0 231
Il nucleo di entrambi queste matrici (in forma di Jordan) `e quello prescritto (si verifica facilmente), ma
la molteplicit`
a algebrica dell’autovalore 0 `e rispettivamente 3 e 5.
Risposta:
(a) Vera ,
(b) Vera ,
(c) Falsa.
5
Esercizio 5. Al variare di a ∈ Z, dire se il seguente sistema di equazioni congruenziali ammette soluzioni
x ∈ Z:

 9x ≡ 3 (10)
5x ≡ 1 (9)

7x ≡ a (14)
Soluzione:
Iniziamo a discutere l’esistenza di soluzioni di ciascuna equazione (separatamente). Poich`e (9, 10) = 1,
la prima equazione ammette soluzioni, ovvero x ≡ −3 (10). Poich`e (5, 9) = 1, la seconda
equazione
ammette soluzioni. Infine, la terza equazione ammette soluzioni se e solo se (7, 14) = 7 a. In questo
caso si riduce all’equazione x ≡ a7 (2).
Discutiamo ora la compatibilit`
a delle equazioni (a due a due). Poich`e (10, 9) = 1, le prime due
equazioni sono compatibili (per il Teorema Cinese dei Resti). Poich`e (9, 14) = 1, la seconda e la terza
equazione sono compatibili. Infine, la prima e terza equazione formano il sistema cinese
x ≡ −3 (10)
x ≡ a7 (2)
che ammette soluzioni se e solo se (10, 2) = 2 3 + a7 .
In conclusione, il sistema ammette soluzioni se e solo se a = 7(2k + 1) per qualche k ∈ Z.
Risposta:
Esistono soluzioni per a =
7(2k + 1), k ∈ Z
6
Esercizio 6. Determinare le ultime 3 cifre del numero 87024801 .
Soluzione:
Sia x = 87024801 . Vogliamo determinare x mod 1000. Osserviamo che 87024 e 1000 non sono coprimi,
quindi non possiamo utilizzare il teorema di Eulero Fermat. Per`o 1000 = 22 ·53 e (87024, 125) = 1. Quindi
otterremo x come soluzione del sistema cinese:
x ≡ 87024801 (8)
x ≡ 87024801 (125)
Poich`e 87024 `e pari, 87024801 `e certamente divisibile per 8, quindi la prima equazione si riduce a x ≡ 0 (8).
Abbiamo gi`
a osservato che (87024, 125) = 1. Inoltre abbiamo φ(125) = φ(53 ) = (5 − 1)52 = 100. Quindi,
per il Teorema di Eulero-Fermat, abbiamo 87024100 ≡ 1 (125). Ma allora
87024801 = (87024100 )8 · 870241 ≡ 87024 ≡ 24 (125)
Dunque la seconda equazione si riduce a x ≡ 24 (125). In conclusione, il sistema cinese diventa
x ≡ 0 (8)
x ≡ 24 (125)
la cui soluzione `e x ≡ 24 (1000).
Risposta:
Ultime tre cifre:
0 ,
2 ,
4
7
.
(pagina lasciata intenzionalmente bianca)
8
.
(pagina lasciata intenzionalmente bianca)
9