MSF2019第5章確認問題

I
$\vec a= \begin{pmatrix} -2\\1\\0 \end{pmatrix}$, $\vec b= \begin{pmatrix} 1\\0\\1 \end{pmatrix}$ とします。$\vec v\in\mathbf{R}^3$の $$ L(\vec a,\vec b)=\{s\vec a+t\vec b\in\mathbf{R}^3;\ s,t\in\mathbf{R}\} $$ への直交射影を$\vec w$とするとき $$ \vec w=P\vec v $$ を満たす$3$次正方行列$P\in M_3(\mathbf{R})$を求めましょう。
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II
$\vec a= \begin{pmatrix} 1\\2\\-1 \end{pmatrix}$ とします。$\vec v\in\mathbf{R}^3$の$\vec a$方向への直交射影を$\vec w$とするとき $$ \vec w=Q\vec v $$ を満たす$3$次正方行列$Q\in M_3(\mathbf{R})$を求めましょう。
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III
$\vec a= \begin{pmatrix}\alpha\\\beta\end{pmatrix}\not=\vec 0 $ とします。$\vec w$を$\vec v\in\mathbf{R}^2$の$\vec a$方向の直交射 影とします。このとき $$ \vec q=\vec v+2(\vec w-\vec v)=2\vec w-\vec v $$ に対して $$ \vec q=Q\vec v $$ を満たす行列$Q$を求めましょう。さらに $$ \vec a= \begin{pmatrix} \cos\theta\\\sin\theta \end{pmatrix} $$ のとき$Q$を求めましょう。
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IV
$A=(\vec a_1\ \cdots\ \vec a_n)$, $B=(\vec b_1\ \cdots\ \vec b_n)$を$m\times n$行列とします。このと き $$ A\vec v=B\vec v\quad (\vec v\in\mathbf{K}^n) $$ ならば$A=B$となることを示しましょう。
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V
次の行列の計算をしましょう。
(1) $\begin{pmatrix}a_1&a_2\\b_1&b_2\end{pmatrix} \begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix}$ (2) $\begin{pmatrix}1&2\\4&3\end{pmatrix} \begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix}$
(3)$\begin{pmatrix}a&\alpha&p\\b&\beta&q\\c&\gamma&r\end{pmatrix} \begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}$ (4) $\begin{pmatrix}1&2&-3&4\\0&4&-6&7\\2&4&-6&8\end{pmatrix} \begin{pmatrix}x\\y\\z\\w\end{pmatrix}$
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VI
$A=(\vec a\ \vec b\ \vec c)$に対して次の計算をしましょう。
(1) $A\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}$ (2) $A\begin{pmatrix}0\\1\\0\end{pmatrix}$ (3) $A\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}$ (4) $A\begin{pmatrix}1\\0\\\lambda\end{pmatrix}$ (5) $A\begin{pmatrix}0\\\lambda\\0\end{pmatrix}$
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VII
$A=(\vec a\ \vec b\ \vec c)$に対して次の計算をしましょう。
(1) $A\begin{pmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$ (2) $A\begin{pmatrix}0&0&1\\0&1&0\\1&0&0\end{pmatrix}$ (3) $A\begin{pmatrix}1&0&0\\0&\lambda&0\\0&0&1\end{pmatrix}$
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VIII
次の掛け算をしましょう。 $$\begin{pmatrix}a&d&e\\0&b&f\\0&0&c\end{pmatrix} \begin{pmatrix}x&p&q\\0&y&r\\0&0&z\end{pmatrix},\quad \begin{pmatrix}x&0&0\\p&y&0\\r&q&z\end{pmatrix} \begin{pmatrix}a&0&0\\d&b&0\\f&e&c\end{pmatrix}$$
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IX
問題VIIを参考にして次の行列の逆行列を求めましょう.ただし,$C$においては $\lambda\not=0$とします.
$B=\begin{pmatrix}0&0&1\\0&1&0\\1&0&0\end{pmatrix}$, $C=\begin{pmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&\lambda\end{pmatrix}$, $D=\begin{pmatrix}1&0&\lambda\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}$
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