Inner Product Spaces, Orthonormal Basis MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Inner Product Spaces, Orthonormal Basis - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

Last updated on Jul 11, 2025

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Latest Inner Product Spaces, Orthonormal Basis MCQ Objective Questions

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 1:

मान लीजिए कि ℝ7 पर 〈·, ·〉 मानक आंतरिक गुणनफल को दर्शाता है। मान लीजिए कि Σ = {v1, . . ., v5} ⊆ ℝ7 इकाई सदिशों का एक समुच्चय है, जिसके लिए सभी 1 ≤ i ≠ j ≤ 5 के लिए 〈vi, vj〉 एक ऋणात्मक पूर्णांक नहीं है। N(Σ) को ऐसे युग्मों (r, s), 1 ≤ r, s ≤ 5 की संख्या के रूप में परिभाषित करें, जिनके लिए 〈vr, vs〉 ≠ 0 है। N(Σ) का अधिकतम संभव मान किसके बराबर है?

  1. 9
  2. 10
  3. 14
  4. 5

Answer (Detailed Solution Below)

Option 1 : 9

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 1 Detailed Solution

व्याख्या:

हमारे पास इकाई सदिशों का एक समुच्चय \(\Sigma = \{v_1, v_2, v_3, v_4, v_5\} \subset \mathbb{R}^7\) है।

विभिन्न सदिशों \(v_i\) और \(v_j\) (जहाँ i \(\neq\) j) के प्रत्येक युग्म के लिए, आंतरिक गुणनफल \(\langle v_i, v_j \rangle\) एक ऋणात्मक पूर्णांक नहीं है,

जिसका अर्थ है कि यह 0 या कोई ऋणात्मक पूर्णांक हो सकता है।

हमें N(\(\Sigma\)) को अधिकतम करना है, जिसे \(1 \leq r < s \leq 5\) वाले युग्मों (r, s) की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है, जिनके लिए \(\langle v_r, v_s \rangle \neq 0\) है।

चूँकि 5 सदिश हैं, इसलिए \(1 \leq r < s \leq 5\) वाले अद्वितीय युग्मों (r, s) की कुल संख्या है

\(\binom{5}{2} = 10\)

N(\(\Sigma\)) को अधिकतम करने के लिए, हम चाहते हैं कि यथासंभव अधिक युग्मों में \(\langle v_r, v_s \rangle \neq 0\) हो।

1. ऋणात्मक पूर्णांक नहीं शर्त: प्रत्येक आंतरिक गुणनफल \(\langle v_i, v_j \rangle\) (i \(\neq\)j के लिए) एक ऋणात्मक पूर्णांक नहीं है, इसलिए यह 0 या कोई ऋणात्मक पूर्णांक हो सकता है।

2. इकाई सदिश शर्त: प्रत्येक सदिश \(v_i\) एक इकाई सदिश है, जिसका अर्थ है \(\langle v_i, v_j \rangle\)= 1 .

चूँकि हम शून्येतर आंतरिक गुणनफलों की गणना को अधिकतम कर रहे हैं, इसलिए हम चाहते हैं कि यथासंभव अधिक युग्मों में

ऋणात्मक आंतरिक गुणनफल हो, जबकि दी गई शर्तों को पूरा किया जाए।

कम से कम i और j के एक विकल्प के लिए, \(\langle v_i, v_j \rangle\) =0

इसलिए N(\(\Sigma\)) का आवश्यक अधिकतम मान = 9 है।

इसलिए विकल्प 1) सही है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 2:

निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है?

  1. एक आंतरिक गुणनफल समष्टि में, एक सदिश का मानक 〈u, u〉 के रूप में परिभाषित किया जाता है।
  2. यदि 〈u, v〉 = 0, तो ||u + v|| ≥ ||v||
  3. यदि या तो u = 0 या v = 0, तो 〈u, v〉 = 0
  4. युग्म {u, v} की लंबकोणता के लिए एक पर्याप्त शर्त ||u + v|| = ||v - u|| है।

Answer (Detailed Solution Below)

Option 1 : एक आंतरिक गुणनफल समष्टि में, एक सदिश का मानक 〈u, u〉 के रूप में परिभाषित किया जाता है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 2 Detailed Solution

प्रयुक्त अवधारणा:

आंतरिक गुणनफल समष्टि में मानक: एक आंतरिक गुणनफल समष्टि में एक सदिश u का मानक ∣∣u∣∣ = √〈u, u〉 के रूप में परिभाषित किया जाता है, केवल 〈u, u〉 नहीं।

लंबकोणता: दो सदिश u और v लंबकोणीय होते हैं यदि उनका आंतरिक गुणनफल 〈u, v〉 = 0 होता है। इसका रैखिक संयोजन में उनके मानकों पर प्रभाव पड़ता है।

पाइथागोरस प्रमेय: आंतरिक गुणनफल समष्टि के संदर्भ में, यदि u और v लंबकोणीय हैं, तो ∣∣u + v∣∣2 = ∣∣u∣∣2 + ∣∣v∣∣2

कथन 1:

एक आंतरिक गुणनफल समष्टि में, एक सदिश का मानक 〈u, u〉 के रूप में परिभाषित किया जाता है।

यह कथन गलत है क्योंकि एक सदिश u का मानक स्वयं के साथ सदिश के आंतरिक गुणनफल के वर्गमूल के रूप में परिभाषित किया जाता है।

औपचारिक रूप से, ∣∣u∣∣ = √〈u, u〉

कथन 1 गलत है।

कथन 2:
कथन: यदि 〈u, v〉 = 0, तो ∣∣u + v∣∣ ≥ ∣∣v∣∣

दिया गया है 〈u, v〉 = 0, सदिश u और v लंबकोणीय हैं।

आंतरिक गुणनफल समष्टि में पाइथागोरस प्रमेय का उपयोग करके: ∣∣u + v∣∣2 = 〈u + v, u + v〉 = 〈u, u〉 + 2〈u, v〉 + 〈v, v〉 = ∣∣u∣∣2 + ∣∣v∣∣2

इस प्रकार, ∣∣u + v∣∣2 = ∣∣u∣∣2 + ∣∣v∣∣2

चूँकि ∣∣u∣∣2 ≥ 0, हमारे पास ∣∣u + v∣∣ ≥ ∣∣v∣∣ है,

कथन 2 सही है।

कथन 3:

यदि या तो u = 0 या v = 0, तो 〈u, v〉 = 0

यह आंतरिक गुणनफलों के गुणों से सही है।

यदि कोई भी सदिश शून्य सदिश है, तो आंतरिक गुणनफल 〈u, v〉 शून्य होगा क्योंकि शून्य सदिश प्रत्येक सदिश के लिए लंबकोणीय है, जिसमें स्वयं भी शामिल है।

कथन 3 सही है।

कथन 4:

कथन: युग्म {u, v} की लंबकोणता के लिए एक पर्याप्त शर्त ∣∣u + v∣∣ = ∣∣v - u∣∣ है।

यदि ∣∣u + v∣∣ = ∣∣v - u∣∣, तो दोनों पक्षों का वर्ग करने पर हमें प्राप्त होता है: 〈u + v, u + v〉 = 〈v - u, v - u〉।

यह सरल हो जाता है: 〈u, u〉 + 2〈u, v〉 + 〈v, v〉 = 〈v, v〉 - 2〈u, v〉 + 〈u, u〉

समान पदों को रद्द करने पर, हमें प्राप्त होता है: 2〈u, v〉 = -2〈u, v〉

इसलिए, 4〈u, v〉 = 0 ⟹ 〈u, v〉 = 0

यह दर्शाता है कि यदि ∣∣u + v∣∣ = ∣∣v - u∣∣, तो u और v लंबकोणीय हैं।

कथन 4 सही है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 3:

मान लीजिये V वास्तविक संख्याओं के सभी अनुक्रमों a = (a1, a2, ...) का सदिश समष्टि है जिसके लिए 2n lan|, अभिसारी है।

||.|| : V → ℝ को ||a|| = ∑2n|an| द्वारा परिभाषित कीजिए।

निम्नलिखित में से कौन से सत्य हैं?

  1. V में केवल अनुक्रम (0,0, ...) है
  2. V परिमित विमीय है
  3. V में एक गणनीय रैखिक आधार है
  4. V एक पूर्ण मानदंडित समष्टि है

Answer (Detailed Solution Below)

Option :

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 3 Detailed Solution

संप्रत्यय:

यदि (V, ||.||) एक पूर्ण मानदंडित रैखिक समष्टि है तो dim V गणनीय अनंत नहीं हो सकता है।

व्याख्या:

||.|| : V → ℝ को ||a|| = ∑2n|an| द्वारा परिभाषित किया गया है।

e1 = (1, 0, ..., 0, ...) तब

||e1|| = ∑2n|e1| = \(∑_{n=1}^{\infty}2^n|e_1|\) = 2

इसलिए, e1 ∈ V

विकल्प (1) असत्य है।

en = (0, 0, 1, 0, ...) तब

||en|| = ∑2n|en| = \(∑_{n=1}^{\infty}2^n|e_n|\) = 2n

इसलिए, en ∈ V

इसके अलावा, {e1, e2, ...,en, ...} रैखिक रूप से स्वतंत्र हैं।

अतः V परिमित विमीय नहीं है।

विकल्प (2) असत्य है

विकल्प (4):

मान लीजिये fn = \((f_n(k))_{k=1}^{\infty}\) एक कोशी अनुक्रम है तब

||fn - fm|| < ϵ सभी n, m ≥ n0 के लिए

⇒ ∑ 2k|fn(k) - fm(k)| < ϵ सभी n, m ≥ n0 के लिए

fn(k) एक कोशी अनुक्रम है

इसके अलावा, वास्तविक संख्याओं के एक अनुक्रम में, प्रत्येक कोशी अनुक्रम अभिसारी होता है।

fn → f.

V एक पूर्ण मानदंडित समष्टि है

विकल्प (4) सत्य है।

संप्रत्यय में प्रमेय का उपयोग करके, विकल्प (3) असत्य है

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 4:

मान लीजिए कि Mn(ℝ) सभी n x n वास्तविक आव्यूहों का समष्टि है जिसे यूक्लिडियन समष्टि \(\rm \mathbb{R}^{n^2}\) के साथ पहचाना गया है। एक स्तंभ सदिश x ≠ 0 को ℝn में स्थिर कीजिए। f : Mn(ℝ) → ℝ को f(A) = 〈A2x, x〉 द्वारा परिभाषित कीजिए। तब

  1. f रैखिक है
  2. f अवकलनीय है
  3. f संतत है परन्तु अवकलनीय नहीं है
  4. f अपरिबद्ध है

Answer (Detailed Solution Below)

Option :

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 4 Detailed Solution

संप्रत्यय:

(i) एक प्रतिचित्रण T: U → V को एक क्षेत्र F में रैखिक प्रतिचित्रण कहा जाता है यदि सभी u, v ∈ U और α ∈ F के लिए, T(u + v) = T(u) + T(v) और T(αu) = αT(u)

(ii) 〈u, v〉 = vTu

व्याख्या:

f : Mn(ℝ) → ℝ, f(A) = 〈A2x, x〉 द्वारा परिभाषित है

f(A + B) = 〈(A+B)2x, x〉

= 〈A2x + B2x + ABx + BAx, x〉

= 〈A2x, x〉 + 〈B2x, x〉 + 〈ABx, x〉 + 〈BAx, x〉

और f(A) + f(B) = 〈A2x, x〉 + 〈B2x, x〉

इसलिए, f(A + B) ≠ f(A) + f(B)

f रैखिक नहीं है।

विकल्प (1) गलत है।

n = 2 के लिए मान लीजिये A = \(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\), a, b, c, d ∈ ℝ और x = \(\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}\) तब

A2x = \(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\)\(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\)\(\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}\) = \(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\)\(\begin{bmatrix}a\\c\end{bmatrix}\) = \(\begin{bmatrix}a^2+bc\\ac+dc\end{bmatrix}\)

तब 〈A2x, x〉 = \(\langle\begin{bmatrix}a^2+bc\\ac+dc\end{bmatrix}, \begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}\rangle\) = [1, 0]\(\begin{bmatrix}a^2+bc\\ac+dc\end{bmatrix}\) = a2 + bc

इसलिए, f अवकलनीय है और अपरिबद्ध है।

विकल्प (2) और (4) सही हैं।

विकल्प (3) गलत है

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 5:

मान लीजिये ℝn, n ≥ 2, मानक आंतरिक गुणन से सुसज्जित है। मान लीजिए (v1, v2, ..., vn) ℝn का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार बनाने वाले n स्तंभ सदिश हैं। मान लीजिए A, n × n आव्यूह है, जो स्तंभ सदिशों v1, ... vn द्वारा निर्मित है। तब -

  1. A = A-1
  2. A = AT
  3. A-1 = AT
  4. Det(A) = 1

Answer (Detailed Solution Below)

Option 3 : A-1 = AT

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 5 Detailed Solution

अवधारणा:

एक वर्ग आव्यूह A को एक लांबिक आव्यूह कहा जाता है, यदि AT = A-1

व्याख्या:

(v1, v2, ..., vn) ℝn का एक ऑर्थोनॉर्मल आधार बनाने वाले n स्तंभ सदिश हैं।

A, n x n आव्यूह है, जो स्तंभ सदिशों v1, ... vn द्वारा निर्मित है।

अर्थात, A ऑर्थोनॉर्मल सदिशों द्वारा निर्मित है।

इसलिए A लांबिक है।

AT = A-1

विकल्प (3) सही है। 

Top Inner Product Spaces, Orthonormal Basis MCQ Objective Questions

मानें कि किसी निश्चित n ≥ 2 के लिए ℝn में x = (x1, …, xn) तथा y = (y1, …, yn) दो सदिशों को निरूपित करते हैं। निम्न में से कौन-सा ℝn पर आंतरिक गुणन (inner product) परिभाषित करता है?

  1. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\) xiyj
  2. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\left(x_i^2+y_j^2\right)\)
  3. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) j3 xjyj
  4. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) xj yn−j+1

Answer (Detailed Solution Below)

Option 3 : 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) j3 xjyj

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 6 Detailed Solution

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संकल्पना:

(a) मान लीजिए V एक सदिश समष्टि है। एक फलन β : V x V → , जिसे आमतौर पर β(x, y) = के रूप में दर्शाया जाता है, को V पर एक आंतरिक गुणनफल कहा जाता है यदि यह धनात्मक, सममित और द्विरेखीय है। अर्थात, यदि

(i) ≥ 0, = 0 केवल x = x के लिए

(ii)  =
(iii)  = r 
(iv)  =  +
(b) यदि Q = ax1y1 + bx1y2 + cx2y1 + dx2y2 एक द्विघात रूप है तो आंतरिक गुणनफल समष्टि होने की आवश्यक शर्त a > 0, d > 0 और ad - bc > 0 है
अर्थात, यदि ये शर्तें संतुष्ट नहीं होती हैं तो यह आंतरिक गुणनफल समष्टि नहीं होगी।

व्याख्या:

x = (x1, …, xn) और y = (y1, …, yn) ∈ ℝn

n = 2 के लिए

(1) 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^2\) xiyj = x1y1 + x1y2 + x2y1 + x2y2

इसलिए, A = \(\begin{bmatrix}1&1\\1&1\end{bmatrix}\)

यहाँ a > 0, d > 0 लेकिन ad - bc = 1 - 1 = 0

इसलिए यह आंतरिक गुणनफल समष्टि को परिभाषित नहीं करता है।

विकल्प (1) असत्य है

(4) 〈x, y〉 =\(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) xj yn−j+1= x1y2 + x2y1

इसलिए, A = \(\begin{bmatrix}0&1\\1&0\end{bmatrix}\)

यहाँ a = 0, d = 0 लेकिन ad - bc = 0 - 1 = -1 < 0

इसलिए यह आंतरिक गुणनफल समष्टि को परिभाषित नहीं करता है।

विकल्प (4) असत्य है

(2)

〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\left(x_i^2+y_j^2\right)\)

= \((x_1^2 + y_1^2)+(x_1^2+y_2^2) + (x_2^2+y_1^2) + (x_2^2+y_2^2) \)

= \(2x_1^2 + 2y_1^2+2x_2^2+2y_2^2\)

x = (1,1) और y = (1,1) पर विचार करें

तब <2x,y> = 2(2)2 + 2 (2)2 + 2 (1)2 + 2(1)2 = 20

लेकिन 2 = 2( 2 (1)2 + 2(1)2 + 2 (1)2 + 2(1)2 ) = 16

इस प्रकार <2x,y> ≠ 2 और इसलिए एक आंतरिक गुणनफल नहीं है।

विकल्प (2) असत्य है

इसलिए विकल्प (3) सत्य है।

यदि a, b ∈ \(\mathbb{R}\) हों और माना कि

p(x, y) = a2x1 y1 + abx2y+ abx1y2 + b2x2y2, x =(x1, x2), y = (y1, y2) ∈ \(\mathbb{R}\)2.

तब a तथा b के किन मानों के लिए, p ∶ \(\mathbb{R}\)2 x \(\mathbb{R}\)2 → \(\mathbb{R}\) आंतरिक गुणनफल को परिभाषित करता है?

  1. a > 0, b > 0
  2. ab > 0
  3. a = 0, b = 0
  4. a तथा b के किसी मान के लिए नहीं

Answer (Detailed Solution Below)

Option 4 : a तथा b के किसी मान के लिए नहीं

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 7 Detailed Solution

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व्याख्या:

∵ p(x, y) एक द्विरैखिक रूपांतरण है। तब p(x, y) का आव्यूह निरूपण है,

\(A=\left[\begin{array}{ll} a^2 & a b \\ a b & b^2 \end{array}\right]\)

यदि p(x, y) एक आंतरिक गुणनफल को परिभाषित करता है यदि A धनात्मक निश्चित है अर्थात A के सभी आइगेन मान धनात्मक हैं।

लेकिन det (A) = 0 ⇒ सभी आइगेन मान धनात्मक नहीं हो सकते हैं।

(∵ A का कम से कम एक आइगेन मान)

⇒ A धनात्मक निश्चित नहीं है।

p(x, y) a, b के किसी भी मान के लिए आंतरिक गुणनफल को परिभाषित नहीं करता है।

विकल्प (4) सही है

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 8:

मान लीजिए n > 1 एक नियत प्राकृतिक संख्या है। निम्नलिखित में से कौन सा n × n वास्तविक सममित आव्यूहों की सदिश समष्टि पर आंतर गुणनफल है?

  1. (A, B) = (ट्रेस (A))(ट्रेस (B))
  2. (A, B) = ट्रेस (AB)
  3. (A, B) = निर्धारक (AB)
  4. (A, B) = ट्रेस (A) + ट्रेस (B)

Answer (Detailed Solution Below)

Option 2 : (A, B) = ट्रेस (AB)

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 8 Detailed Solution

अवधारणा

एक आंतर गुणनफल (, ) वास्तविक सदिश समष्टि V के लिए निम्नलिखित चार गुणों को संतुष्ट करता है।

  1. (A, B) = (B, A)
  2. (A + C, B) = (A, B) + (C, B)
  3. (kA, B) = k(A, B), किसी भी अदिश k के लिए
  4. (A, A) ≥ 0 और (A, A) = 0 यदि और केवल यदि A = 0

गणना:

इसे हल करने के लिए एक प्रति-उदाहरण लेते हैं

A = \(\begin{bmatrix}1&0\\0&-1\end{bmatrix}\)

ट्रेस A = 1 + (-1) = 0

विकल्प 1: (A, B) = (ट्रेस A)(ट्रेस B)

गुण 4 का उपयोग करके

(A, A) = (ट्रेस A)(ट्रेस A) = 0

लेकिन A ≠ 0

इसलिए विकल्प 1 गलत है।

माना A = \(\begin{bmatrix}1&0\\0&-1\end{bmatrix}\)

ट्रेस A = 1 + (-1) = 0

विकल्प 4: (A, B) = ट्रेस (A) + ट्रेस (B)

(A, B) = 2 ट्रेस (A)

(A, B) = 0

लेकिन A ≠ 0

इसलिए विकल्प 4 गलत है

माना A = \(\begin{bmatrix}1&1\\1&1\end{bmatrix}\)

विकल्प 3: (A, B) = सारणिक (AB)

गुण 4

(A, A) = सारणिक (AA)

(A, A) = 0, लेकिन A शून्य नहीं है

विकल्प 3 गुण 4 को संतुष्ट नहीं करता है

इसलिए विकल्प 3 गलत है

तत्समक आव्यूह लीजिये

इसलिए, विकल्प 2 सही है और यह चारों गुणों को संतुष्ट करता है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 9:

मान लीजिए कि W आव्यूह के स्तंभ समष्टि है,

\(X=\left[\begin{array}{rr}1 & -1 \\ 1 & 2 \\ 1 & -1\end{array}\right]\) तब सदिश \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \) का W पर लांबिक प्रक्षेपण है:

  1. \(\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 1\end{array}\right) \)
  2. \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \)
  3. \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 1\end{array}\right) \)
  4. \(\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 0\end{array}\right)\)

Answer (Detailed Solution Below)

Option 2 : \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \)

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 9 Detailed Solution

व्याख्या:

\(X=\left[\begin{array}{rr}1 & -1 \\ 1 & 2 \\ 1 & -1\end{array}\right]\)

मान लीजिए w1 = \(\left[\begin{array}{r}1 \\ 1 \\ 1\end{array}\right]\) और w2 = \(\left[\begin{array}{r}-1 \\ 2 \\ -1\end{array}\right]\) और u = \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \)

तब u का W पर लांबिक प्रक्षेपण है

\(\frac{}{}\) w1 + \(\frac{}{}\)w2

= \(\frac13\)\(\left[\begin{array}{r}1 \\ 1 \\ 1\end{array}\right]\)+ \(\frac26\)\(\left[\begin{array}{r}-1 \\ 2 \\ -1\end{array}\right]\) = \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \)

= \(\frac13\)\(\left[\begin{array}{r}1 \\ 1 \\ 1\end{array}\right]\)+ \(\frac13\)\(\left[\begin{array}{r}-1 \\ 2 \\ -1\end{array}\right]\) = \(\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \)

(2) सही है। 

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 10:

मान लीजिए P एक 2 × 2 वास्तविक लांबिक आव्यूह है और \(\vec x\) एक वास्तविक सदिश [x1, x2]T है, जिसकी लंबाई

\(\|\vec{x}\|=\left(x_1^2+x_2^2\right)^{\frac{1}{2}}\) है। तब निम्नलिखित में से कौन सा कथन सही है?

  1. \(\|P \vec{x}\| \leq\|\vec{x}\|\) जहाँ कम से कम एक सदिश \(\|P \vec{x}\|<\|\vec{x}\|\) को संतुष्ट करता है। 
  2. \(\|P \vec{x}\| =\|\vec{x}\|\) सभी सदिश \(\vec x\) के लिए
  3. \(\|P \vec{x}\| \ge \|\vec{x}\|\) जहाँ कम से कम एक सदिश \(\|P \vec{x}\| >\|\vec{x}\|\) को संतुष्ट करता है। 
  4. \( \|\vec{x}\|\) और \(\|P \vec{x}\|\) के बीच कोई संबंध स्थापित नहीं किया जा सकता है। 

Answer (Detailed Solution Below)

Option 2 : \(\|P \vec{x}\| =\|\vec{x}\|\) सभी सदिश \(\vec x\) के लिए

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 10 Detailed Solution

व्याख्या:

P एक 2 x 2 वास्तविक लांबिक आव्यूह है।

इसलिए PTP = I

मान लीजिए PTP = \(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\)

इसलिए PTP = I ⇒ \(\begin{bmatrix}a&c\\b&d\end{bmatrix}\)\(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\) = \(\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}\)

\(\begin{bmatrix}a^2+c^2&ab+cd\\ab+cd&b^2+d^2\end{bmatrix}\) = \(\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}\)

⇒ a2 + c2 = 1, ab + cd = 0, b2 + d2 = 1

\(P \vec{x}\) = \(\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\)\(\begin{bmatrix}x_1\\x_2\end{bmatrix}\) = \(\begin{bmatrix}ax_1+bx_2\\cx_1+dx_2\end{bmatrix}\)

\(\|P \vec{x}\|\) = \(\sqrt{(ax_1+bx_2)^2+(cx_1+dx_2)^2}\)

= \(\sqrt{(a^2+c^2)x_1^2+(b^2+d^2)x_2^2+2(ab+cd)x_1x_2}\)

= \(\sqrt{x_1^2+x_2^2}\) (मानों का उपयोग करने पर,)

इसलिए \(\|P \vec{x}\| =\|\vec{x}\|\)

विकल्प (2) सही है। 

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 11:

आव्यूह A ∈ Mn(\(\mathbb{R}\)को इस प्रकार परिभाषित करें कि वह धनात्मक हो, यदि प्रत्येक कॉलम सदिश v ∈ \(\mathbb{R}\)n के लिए 〈Av, v〉 ≥ 0 है, जहां 〈.,.〉 \(\mathbb{R}\)n पर मानक आंतर गुणनफलन है। मानें \(A_{α, β}=\left(\begin{array}{ccc}α & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & β\end{array}\right)\) मानें S = {(α, β) ∈ \(\mathbb{R}\)∶  Aα, β धनात्मक है}, निम्नलिखित में से कौन -सा कथन सत्य है?

  1. S रिक्त है
  2. (α, β) ∈ S यदि और केवल यदि αβ > 0
  3. (α, β) ∈ S यदि और केवल यदि α + β + 4 > 0
  4. S = \(\mathbb{R}\)2

Answer (Detailed Solution Below)

Option 1 : S रिक्त है

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 11 Detailed Solution

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 12:

निम्नलिखित में से कौन - सा [0, 1] पर सभी वास्तविक मान संतत फलन के सदिश समष्टि पर आंतर गुणनफलन है?

  1. 〈f, g〉 = |\(\int_0^1\) f(t) g(t) dt|
  2. 〈f, g〉 = \(\int_0^1\) |f(t) g(t)| dt|
  3. 〈f, g〉 = f(0) g(0) + f(1) g(1)
  4. 〈f, g〉 = \(\int_0^1\) f(t) g(t) dt

Answer (Detailed Solution Below)

Option 4 : 〈f, g〉 = \(\int_0^1\) f(t) g(t) dt

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 12 Detailed Solution

An inner product on V is a function which satisfies the following conditions,

(1) 1 + x2, y> = 1, y> + 2, y>

(ii) = ⊂

(iii) <β, α> = \(\overline{<α, \beta>}\)

(iv) < α, α> = 0 ⇔ α = 0 and <α, α> > 0 if α ≠ 0

opt (1)

Take C = -1 then 

= <-f, g> = \(\left| \int_0^1 -f(t) g(t) dt \right| = \left| \int_0^1 f(t) g(t) dt \right| \)

& c = -\(-\left| \int_0^1 f(t) g(t) dt \right| \)

 ≠ c

So, \(\left| \int_0^1 f(t) g(t) dt \right| \) is not Inner Product.

Opt (1) - False

opt (2) Take C = -1 then

<(f, g> = <-f, g> = \(\int_0^1\left| -f(t) g(t) dt \right| \)

\(\int_0^1\left| f(t) g(t) \right| dt\)

& C = -\(-\int_0^1\left| f(t) g(t) \right| dt\)

 ≠ c

So, \(\int_0^1\left| f(t) g(t) \right| dt\) is not Inner Product.

Opt (2) - False

opt (3) Let f(x) = x(x - 1)

then = f(0) f(0) + f(1)f(1)

= 0 + 0 = 0

but f(x) ≠ 0

so, = f(0) g(0) + f(1)g(1) is not inner product - opt (3) False

opt (4)

\(\int_0^1 f(t) g(t) dt\)

then

(1) 1 + f2, g> = \(\int_0^1 (f_1(t) + f_2(t)g(t)dt\)

\(= \int_0^1 (f_1(t) g(t)dt + \int_0^1 (f_2(t) g(t)dt\)

= 1, g> + 2, g>

(ii) \(\int_0^1 cf(t) g(t)dt \) = \(c\int_0^1 f(t) g(t)dt \) = c

(iii) \(​​\int_0^1 g(t) f(t) dt \) = \(​​\int_0^1 f(t) g(t) dt \) =

(iv) \(​​\int_0^1 f(t) g(t) dt \) = \(​​\int_0^1 (f(t)) ^2dt \) ≥ 0

and \(​​\int_0^1 (f(t)) ^2dt \) = 0 ⇔ f = 0

and \(​​\int_0^1 (f(t)) ^2dt \) > 0 if f ≠ 0

So, \(​​\int_0^1 f(t) g(t) dt \) satisfy all the properties

is an inner product

opt (4) correct

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 13:

माना A,B, n × n के आव्यूह हैं। निम्नलिखित में से कौन सा ट्रेस(A2B2) के बराबर है?

  1.  (ट्रेस(AB))2
  2. ट्रेस(AB2A) 
  3. ट्रेस((AB)2)
  4. ट्रेस(BABA) 

Answer (Detailed Solution Below)

Option 2 : ट्रेस(AB2A) 

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 13 Detailed Solution

दिया गया है - माना A,B, n × n के आव्यूह हैं।

अवधारणा -  किसी आव्यूह A का ट्रेस उस आव्यूह के विकर्ण के सभी अवयवों के योग के बराबर होता है।

स्पष्टीकरण

हम जानते है कि, ट्रेस (AB) = ट्रेस (BA)

अब ट्रेस(A2B2) = ट्रेस(AABB)

= ट्रेस(ABAB)

= ट्रेस(ABBA)

= ट्रेस(AB2A)

या  

अब, ट्रेस(A2B2) = ट्रेस(AABB)

= ट्रेस(ABAB)

= ट्रेस(BAAB)

ट्रेस(BA2B)

अतः, विकल्प (2) सही है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 14:

मानें कि किसी निश्चित n ≥ 2 के लिए ℝn में x = (x1, …, xn) तथा y = (y1, …, yn) दो सदिशों को निरूपित करते हैं। निम्न में से कौन-सा ℝn पर आंतरिक गुणन (inner product) परिभाषित करता है?

  1. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\) xiyj
  2. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\left(x_i^2+y_j^2\right)\)
  3. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) j3 xjyj
  4. 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) xj yn−j+1

Answer (Detailed Solution Below)

Option 3 : 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) j3 xjyj

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 14 Detailed Solution

संकल्पना:

(a) मान लीजिए V एक सदिश समष्टि है। एक फलन β : V x V → , जिसे आमतौर पर β(x, y) = के रूप में दर्शाया जाता है, को V पर एक आंतरिक गुणनफल कहा जाता है यदि यह धनात्मक, सममित और द्विरेखीय है। अर्थात, यदि

(i) ≥ 0, = 0 केवल x = x के लिए

(ii)  =
(iii)  = r 
(iv)  =  +
(b) यदि Q = ax1y1 + bx1y2 + cx2y1 + dx2y2 एक द्विघात रूप है तो आंतरिक गुणनफल समष्टि होने की आवश्यक शर्त a > 0, d > 0 और ad - bc > 0 है
अर्थात, यदि ये शर्तें संतुष्ट नहीं होती हैं तो यह आंतरिक गुणनफल समष्टि नहीं होगी।

व्याख्या:

x = (x1, …, xn) और y = (y1, …, yn) ∈ ℝn

n = 2 के लिए

(1) 〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^2\) xiyj = x1y1 + x1y2 + x2y1 + x2y2

इसलिए, A = \(\begin{bmatrix}1&1\\1&1\end{bmatrix}\)

यहाँ a > 0, d > 0 लेकिन ad - bc = 1 - 1 = 0

इसलिए यह आंतरिक गुणनफल समष्टि को परिभाषित नहीं करता है।

विकल्प (1) असत्य है

(4) 〈x, y〉 =\(\rm\displaystyle\sum_{j=1}^n\) xj yn−j+1= x1y2 + x2y1

इसलिए, A = \(\begin{bmatrix}0&1\\1&0\end{bmatrix}\)

यहाँ a = 0, d = 0 लेकिन ad - bc = 0 - 1 = -1 < 0

इसलिए यह आंतरिक गुणनफल समष्टि को परिभाषित नहीं करता है।

विकल्प (4) असत्य है

(2)

〈x, y〉 = \(\rm\displaystyle\sum_{i, j=1}^n\left(x_i^2+y_j^2\right)\)

= \((x_1^2 + y_1^2)+(x_1^2+y_2^2) + (x_2^2+y_1^2) + (x_2^2+y_2^2) \)

= \(2x_1^2 + 2y_1^2+2x_2^2+2y_2^2\)

x = (1,1) और y = (1,1) पर विचार करें

तब <2x,y> = 2(2)2 + 2 (2)2 + 2 (1)2 + 2(1)2 = 20

लेकिन 2 = 2( 2 (1)2 + 2(1)2 + 2 (1)2 + 2(1)2 ) = 16

इस प्रकार <2x,y> ≠ 2 और इसलिए एक आंतरिक गुणनफल नहीं है।

विकल्प (2) असत्य है

इसलिए विकल्प (3) सत्य है।

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 15:

ℝ पर V को चर t के अधिकतम 2 घातों (degree) वाले बहुपदों की सदिश समष्टि मानें। आंतर गुणनफल V पर निम्न प्रकार परिभाषित है

\(\langle f, g\rangle=\int_0^1 f(t) g(t) d t\)

जहां f, g ∈ V. यह मान लें कि W = span {1 - t2,1 + t2} तथा V में W का लांबिक पूरक \(\mathrm{W}^{\perp} \) है। सभी h ∈ \(\mathrm{W}^{\perp} \) के लिए, निम्न में से कौन सा प्रतिबंध संतुष्ट होता है?

  1. h एक सम फलन है, h(t) = h(-t)
  2. h एक विषम फलन हैं, h(t) = -h(-t)
  3. h(t) = 0 के लिए वास्तविक हल होगा
  4. h(0) = 0

Answer (Detailed Solution Below)

Option 3 : h(t) = 0 के लिए वास्तविक हल होगा

Inner Product Spaces, Orthonormal Basis Question 15 Detailed Solution

संप्रत्यय:

दो फलनों f और g का आंतरिक गुणन इस प्रकार परिभाषित है:

\(\langle f, g\rangle=\int_0^1 f(t) g(t) d t\)

व्याख्या:

मान लीजिये h(t) = at2+bt+c ∈ \(W^{\bot}\)

तब 2)> = 0

\(\int_0^1\)(at2+bt+c)(1-t2)dt = 0

\(\int_0^1\)(at2+ bt+ c - at4-bt3-ct2)dt = 0

\([\frac{at^3}{3}+\frac{bt^2}{2}+ ct- \frac{at^5}{5}-\frac{bt^4}{4}-\frac{ct^3}{3}]_0^1\) = 0

\([\frac{a}{3}+\frac{b}{2}+ c- \frac{a}{5}-\frac{b}{4}-\frac{c}{3}]\) = 0

⇒20a + 30 b + 60c -12a -15b - 20c = 0

⇒8a + 15b +40c = 0 ........(1)

इसी प्रकार 2)> = 0 को हल करने पर

हमें प्राप्त होता है, 32a+45b+80c = 0 ........(2)

(2) -4x(1) से:

हमें प्राप्त होता है, b= \(\frac{-16c}{3}\)

इस प्रकार a=0, b= -16, c= 3 लेने पर

हमें h(t) = -16t+3 प्राप्त होता है

यहाँ h(0) = 3 ≠ 0

इसलिए विकल्प (4) गलत है।

h(-t) ≠ h(t) और h(-t) ≠ - h(-t)

इसलिए विकल्प (1) और (2) दोनों गलत हैं।

अब, b= \(\frac{-16c}{3}\)

हमें (1) से प्राप्त होता है

8a +15(\(\frac{-16}{3}\))c + 40c = 0

⇒8a - 80c+40c = 0

⇒ a = 5c

अब h(t) = at2+bt+c ∈ \(W^{\bot}\) के लिए

हमारे पास b2-4ac = \((\frac{-16}{3})^2c^2\) - 4x5cxc

= c2\((\frac{256}{9}-20)\) ≥ 0

इस प्रकार at2+bt+c का विविक्तकर ऋणेतर है।

इस प्रकार, h(t) = 0 का एक वास्तविक हल है।

इसलिए, विकल्प (3) सही है।

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