10.
(a)
A1 = [3 4 5; 2 -3 7; 1 -6 1]; b = [2; -1; 3]; �
��� 2.6196
�� -0.2283
�� -0.9891 �
A1*x �
��� 2.0000
�� -1.0000
��� 3.0000 �
(b)
A2 = [3 -9 8; 2 -3 7; 1 -6 1]; b = [2; -1; 3];
x = A2\b �
Warning: Matrix is close to singular or badly scaled.
�������� Results may be
inaccurate. RCOND = 4.189521e-018.
x =
�� -6.0000
�� -1.3333
��� 1.0000 �
det(A2) �
���� 0 �
(c)
A3 = [1 3 -2 4; -2 3 4 -1; -4 -3 1 2; 2 3 -4 1]; b3 = [1; 1; 1; 1];
�� -0.5714
��� 0.3333
�� -0.2857
�������� 0 �
��� 1.0000
��� 1.0000
��� 1.0000
��� 1.0000 �
(d)
A4 = [a b; c d]; A4\[u; v] �
[ -(-d*u+b*v)/(d*a-b*c)]
[� (-c*u+v*a)/(d*a-b*c)] �
det(A4) �
d*a-b*c �
The
determinant of the coefficient matrix is the denominator in the answer.� So one gets an answer only if the
coefficient matrix is non-singular.
11.
(a)
���� 3 �
rank(A2) �
���� 2 �
rank(A3) �
���� 4 �
rank(A4) �
2 �
MATLAB
implicitly assumes ad -� bc �� 0 here.
(b)
Only
the second one computed is singular.
(c)
inv(A1) �
��� 92
ans =
��� 0.4239�� -0.3696���
0.4674
��� 0.0543�� -0.0217��
-0.1196
�� -0.0978��� 0.2391�� -0.1848 �
det(A2) �
���� 0 �
The
matrix A2 does not have an inverse.
inv(A3)
�� 294
ans =
��� 0.1837�� -0.1531��
-0.2857�� -0.3163
�������� 0��� 0.1667�������� 0��� 0.1667
��� 0.1633��� 0.0306 ��-0.1429�� -0.3367
��� 0.2857�� -0.0714�������� 0�� -0.2143 �
inv(A4) �
d*a-b*c
ans =
[� d/(d*a-b*c),
-b/(d*a-b*c)]
[ -c/(d*a-b*c),� a/(d*a-b*c)] �
12.
(a)
� Columns 1 through 2
� -0.9749������������ 0.6036� ��������
� -0.2003������������ 0.0624 + 0.5401i
�� 0.0977����������� -0.5522 + 0.1877i
� Column 3
�� 0.6036���������
�� 0.0624 - 0.5401i
� -0.5522 - 0.1877i
R1 =
� Columns 1 through 2
�� 3.3206����������������� 0���������
������� 0����������� -1.1603 + 5.1342i
������� 0����������������� 0���������
� Column 3
������� 0���������
������� 0���������
� -1.1603 - 5.1342i �
� 1.0e-014 *
� Columns 1 through 2
�� 0.3109������������ 0.2776 - 0.3997i
� -0.0444����������������� 0 - 0.0777i
� -0.0833������������ 0.0999 - 0.1776i
� Column 3
�� 0.2776 + 0.3997i
������� 0 + 0.0777i
�� 0.0999 + 0.1776i �
This
is zero.� Notice the "e-014".
� Columns 1 through 2
�� 0.9669������������ 0.7405���������
�� 0.1240��� ���������0.4574 - 0.2848i
� -0.2231������������ 0.2831 + 0.2848i
� Column 3
�� 0.7405���������
�� 0.4574 + 0.2848i
�� 0.2831 - 0.2848i
R2 =
� Columns 1 through 2
� -0.0000����������������� 0���������
������� 0������������ 0.5000 + 6.5383i
������� 0��� ��������������0���������
� Column 3
������� 0���������
������� 0���������
�� 0.5000 - 6.5383i �
� 1.0e-014 *
� Columns 1 through 2
� -0.2224����������� -0.2554 - 0.2665i
� -0.1498������������ 0.0888���������
� -0.1156�������� ���-0.0222 + 0.0666i
� Column 3
� -0.2554 + 0.2665i
�� 0.0888���������
� -0.0222 - 0.0666i �
Same
comment as in (a).
� Columns 1 through 2
� -0.2446 - 0.4647i� -0.2446 + 0.4647i
�� 0.6254������������ 0.6254���������
�� 0.0025 + 0.3017i�� 0.0025 - 0.3017i
� -0.1736 - 0.4603i� -0.1736 + 0.4603i
� Columns 3 through 4
� -0.5621 + 0.1062i� -0.5621 - 0.1062i
�� 0.1982 + 0.0654i�� 0.1982 - 0.0654i
� -0.5833����������� -0.5833���������
� -0.2215 - 0.4898i� -0.2215 + 0.4898i
R3 =
��Columns 1 through 2
�� 4.0755 + 4.1517i������� 0���������
������� 0������������ 4.0755 - 4.1517i
������� 0����������������� 0���������
������� 0����������������� 0���������
� Columns 3 through 4
������� 0����������������� 0���������
������� 0������ �����������0���������
� -1.0755 + 2.7440i������� 0���������
������� 0����������� -1.0755 - 2.7440i �
� 1.0e-014 *
� Columns 1 through 2
� -0.1554 - 0.2665i� -0.1554 + 0.2665i
�� 0.4441 + 0.0888i�� 0.4441 - 0.0888i
� -0.0888 + 0.2220i� -0.0888 - 0.2220i
�� 0.0888 - 0.4441i�� 0.0888 + 0.4441i
� Columns 3 through 4
� -0.1887 - 0.0444i� -0.1887 + 0.0444i
�� 0.3608 + 0.3331i�� 0.3608 - 0.3331i
�� 0.2442 - 0.0444i�� 0.2442 + 0.0444i
� -0.3775 - 0.0666i� -0.3775 + 0.0666i �
And
ditto yet again.
[������������������������������������������������ 1,������������������������������������������������
1]
[ -(-1/2*d+1/2*a-1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b,
-(-1/2*d+1/2*a+1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b]
R4 =
[ 1/2*d+1/2*a+1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2),������������������������������������������ 0]
[������������������������������������������ 0, 1/2*d+1/2*a-1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2)] �
[������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������0,��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
0]
[ c-d*(-1/2*d+1/2*a-1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b+(-1/2*d+1/2*a-1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b*(1/2*d+1/2*a+1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2)), c-d*(-1/2*d+1/2*a+1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b+(-1/2*d+1/2*a+1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))/b*(1/2*d+1/2*a-1/2*(d^2-2*d*a+a^2+4*b*c)^(1/2))] �
[ 0, 0]
[ 0, 0] �
(b)
�� -0.8165��� 0.5774���
0.7071
�� -0.4082��� 0.5774��
-0.7071
�� -0.4082��� 0.5774���
0.0000
R1 =
��� 2.0000�������� 0�������� 0
�������� 0��� 3.0000�������� 0
�������� 0�������� 0��� 1.0000 �
B = [5 2 -8; 3 6 -10; 3 3 -7]; �
��� 0.8165�� -0.5774���
0.7071
��� 0.4082�� -0.5774��
-0.7071
��� 0.4082�� -0.5774���
0.0000
R2 =
��� 2.0000�������� 0�������� 0
�������� 0�� -1.0000�������� 0
�������� 0�������� 0��� 3.0000 �
We
observe that the columns of U1 are negatives of the corresponding columns of U2.� Finally,
���� 0���� 0����
0
���� 0���� 0����
0
���� 0���� 0���� 0 �
13.
(a)
If
we set Xn to be the column
matrix with entries xn, yn,
zn, and M the square
matrix with entries 1, 1/4, 0; 0, 1/2, 0; 0, 1/4, 1 then Xn+1 = MXn.
(b)
We
have Xn = MXn-1 = M2Xn-2 = � = MnX0.
(c)
M = [1, 1/4, 0; 0, 1/2, 0; 0, 1/4, 1];
[U,R] = eig(M)
��� 1.0000�������� 0��
-0.4082
�������� 0�������� 0���
0.8165
�������� 0��� 1.0000��
-0.4082
R =
��� 1.0000�������� 0�������� 0
�������� 0��� 1.0000�������� 0
�������� 0�������� 0��� 0.5000 �
(d)
M should be URU -1.� Let's check:
���� 0���� 0����
0
���� 0���� 0����
0
���� 0���� 0���� 0 �
It
is totally evident that R� is the diagonal matrix with entries 1, 1, 0.� Therefore M� = UR�U -1. So
Minf = U*diag([1, 1, 0])*inv(U)
��� 1.0000��� 0.5000����� ���0
�������� 0�������� 0�������� 0
�������� 0��� 0.5000��� 1.0000 �
(e)
syms x0 y0 z0; X0 = [x0; y0; z0]; Minf*X0
[ x0+1/2*y0]
[�������� 0]
[ 1/2*y0+z0] �
Half
of the mixed genotype migrates to the dominant genotype and the other half of
the mixed genotype migrates to the recessive genotype.� These are added to the two original pure
types, whose proportions are preserved.
(f)
[ x0+31/64*y0]
[���� 1/32*y0]
[ 31/64*y0+z0] �
M^10*X0 �
[ x0+1023/2048*y0]
[������ 1/1024*y0]
[ 1023/2048*y0+z0] �
(g)
If
you use the suggested alternate model, then only the first three columns of the
table are relevant, the transition matrix M
becomes M = [1 1/2 0; 0 1/2 1; 0 0
0], and we leave it to you to compute that the eventual population distribution
is [1 0 0], independent of the initial population.