東大理系数学'12年前期[5]
行列が次の条件(D)を満たすとする。
(D) Aの成分a,b,c,dは整数である。また、平面上の4点,,,は、面積1の平行四辺形の4つの頂点をなす。 とおく。次の問いに答えよ。
(1) 行列とも条件(D)を満たすことを示せ。 (2) ならば、AにB,のどちらかを左から次々にかけることにより、4個の行列,,,のどれかにできることを示せ。 (3) とする。,の少なくともどちらか一方は、それをとすると、 を満たすことを示せ。
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解答 行列が逆行列をもつ(行列式がゼロでない)とき、行列内をベクトル列(あるいは、ベクトル行)の集まりと見なすとき、それらは1次独立です。背景のありそうな問題ですが、解答は容易です。
(1) Aが条件(D)を満たすことから、 (三角形の面積を参照) ・・・@ s,tを実数として、
とします。と仮定すると、 このとき、
となり、@と矛盾が生じます。よって、となり、,は1次独立で、4点,,,は平行四辺形の4つの頂点となります。平行四辺形の面積は、 となり、条件(D)を満たします。
s,tを実数として
とします。と仮定すると、 このとき、
となり、@と矛盾が生じます。よって、となり、,は1次独立で、4点,,,は平行四辺形の4つの頂点となります。平行四辺形の面積は、 となり、条件(D)を満たしています。
(2) まず、とを求めておきます。 より、と予測できます。 より、と予測できます。 よって、帰納的に、
のとき、a,dは整数なので、,であって、に限られます。 であれば,また、であれば,とすると、となります。
よって、を,,,のどれかにできます。 同様に、であれば,また、であれば,とすると、となり、
を,,,のどれかにできます。
(3) , a,cが同符号であれば、より、
よって、
,の少なくともどちらか一方は、それをとすると、 を満たします。
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