EECS 551 Midterm Exam, 10/12/2022, 6 – 8 pm
	1.     If A, B, C, D are matrices such that the product ABCD is defined (conformable), then
	(ABCD)′ = D′ C′B′A′ .                                                                                                             (2 pts)
	True
	False
	2.     If P is an orthogonal projection matrix, then ‖(I − P)x ‖2  ≤  ‖x ‖2                                                     (2 pts)
	True
	False
	3.     If Y and Z are both unitary matrices and B  = YAZ, then B and A have the same singular values, assuming the matrix sizes match.       (2 pts)
	True
	False
	4.     If x  ∈ ℝ3  andy ∈ ℝ4  are nonzero vectors, then the nullity of xy′=2                               (2 pts)
	True
	False
	5.     Let b1, … , bN  be an orthonormal set of vectors in FM  and define matrix B  =  [b1, … , bN ].
	Then ‖Bx‖2  = ‖x ‖2  for any x  ∈ FN .                                                                                        (2 pts)
	True
	False
	6.     For A  =  [3    −4], ‖Ax‖2  is maximized for unit norm x when  (2 pts)
	True
	False
	7.     If B is an orthogonal projection matrix and B is also an orthogonal matrix, then B  = I.      (2 pts)
	True
	False
	8.     If A+   = A′ then A has orthonormal columns.                                                                          (2 pts)
	True
	False
	9.     If A is invertible, then AA+   = I                                                                                                  (2 pts)
	True
	False
	10.   Let A be a Hermitian symmetric matrix and Q be a unitary matrix. If x is a unit-norm eigenvector of A, then Q)1x is a unit-norm eigenvector of B  = Q′AQ.                        (2 pts)
	True
	False
	11.   If x andy are two non-zero vectors in ℂN, then ‖x + y‖2   =  ‖x ‖2  + ‖y‖2 , if y  = αx for any non-zero α ∈ ℝ .                   (2 pts)
	True
	False
	12.   Let b1, … , bN  be a set of non-zero vectors in ℝN  that are all pairwise perpendicular to each other. Then the matrix B  = [b1, … , bN ] is an orthogonal matrix.                                       (2 pts)
	True
	False
	13.   If A is an M × N matrix with rank N, where M  ≥ N, then A+A  = I.                                (2 pts)
	True
	False
	14.   If A is an M × N matrix, then R(A′) = R(A′A).                                                                      (2 pts)
	True
	False
	15.   If A is an M × N matrix, then R(A) = R(AA+ ).                                                                      (2 pts)
	True
	False
	16.  The matrix  for which P2  = I, has all non-zero eigenvalues.                 (2 pts)
	True
	False
	17.   Define the matrix A ∈ R2N×2N such that for any x ∈ RN andy ∈ RN :  
	Then the matrix A is idempotent.                                                                                              (2 pts)
	True
	False
	18.   If B is a normal matrix and z is any unit-norm eigenvector of B, then there is an SVD of B   where z is one of the left singular vectors.                                                                              (2 pts)
	True
	False
	19.   If A is an M × N matrix with rank N, where M ≥ N, then minx ⅡAx — yⅡ2  = 0.         (2 pts)
	True
	False
	20.   If C = [A    B] then minx ⅡCx — yⅡ2  > minz ⅡAz — yⅡ2, assuming dimensions match appropriately.                              (2 pts)
	True
	False
	21.   If B is a 200 × 400 matrix with rank 100, then:                                                                   (2 pts)
	a.   dim]R(B)^ = 100
	b.   dim]R丄 (B)^ = 100
	c.    dim]N(B)^ = 100
	d.   dim]N丄 (B)^ = 100
	e.   The number of distinct singular values is at least 2
	22.   When  the unit-norm vector x that maximizes ‖Ax‖2 is:                       (2 pts)
	a.   [1   2]'/√5
	b.    [6    4    2]'/√14 
	c.    [2   4   6]'/√14 
	d.   [2   1]'/√5 
	e.   [3    2   1]'/√14 
	f.    None of the above 
	23.  The value displayed by the JULIA code    A=ones(2,8); norm(A,2) is                                  (2 pts)
	a.   2
	b.   4
	c.   8
	d.   16
	e.   32
	24.   Let u and v be two orthogonal vectors in F' . The number of non-zero eigenvalues of the  matrix uv′ is                                                                                                                                (2 pts)
	a.   0
	b.   1
	c.    N-1
	d.   N
	e.   None of the above
	25.   For an M × N matrix with rank r, the number of singular values is                                   (2 pts)
	a.   r
	b.   M
	c.   N
	d.   M + N
	e.   MN
	f.    min(N, M)
	g.   None of the above
	26.   Let V ∈ F'×'  denote a unitary matrix. For y ∈ F', the most computationally efficient
	JULIA code for solving argmin+∈F! ‖Vx − y‖!  is:                                                              (2 pts)
	a.   pinv (V) * y
	b.   V \ y 
	c.   V * y 
	d.   V’ * y 
	e.   Inv(V) * y
	27.   Let α and β denote the spectral norms of matrices A and B, respectively. The spectral norm of the matrix  is                (2 pts)
	a. αβ 
	b. α + β 
	c. √α2 + β2 
	d.   min (α, β)
	e.   max (α, β)
	f.    None of the above
	28.   Let A be an M × N matrix with non-zero rank. The orthogonal complement of the null space of A+  is.                                      (2 pts)
	a.   R(A)
	b.   R(A9)
	c.   N(A)
	d.   N(A9)
	e.   R丄 (A)  
	f.    R丄 (A′)  
	g.   N丄 (A)  
	h.   N丄 (A′) 
	29.   Let A be a tall matrix having rank r with SVD given by  
	Define Pr丄 = I − urur ′ and P0(丄) = I − u0 u0 ′ and B = P0(丄)Pr丄 . Then:                                  (2 pts)
	a.   B is a unitary matrix.
	b.   B is not a unitary matrix.
	c.    Need more information to assess
	30.   If B is an N × N idempotent matrix with trace{B} = K, then rank(B) is                     (2 pts)
	a.   0 or 1
	b.   K
	c.   N − K
	d.   N
	e.   None of the above
	31.  The vectors {b1, b2, b3 }  form. an orthonormal basis for a subspace S of ℝN, for N  ≥ 5.
	Complete the following JULIA function so that given input vector x  ∈ ℝN, it returns the nearest vector in S. For full credit, your code must use as few floating-point calculations as possible.                                            (4 pts)
	function neareast (x, b1, b2, b3)
	return
	end
	32.   Determine the spectral norm of  for b  ∈ ℝ .                                                    (4 pts)
	
		33.  A simple linear system takes as input n (possibly complex) scalar values and returns as   output the sum of those values. Thinking of the input as an n-dimensional vector, what unit norm input vector produces an output value with the largest possible magnitude?   (4 pts)
	
	
		34.   Determine what will be displayed as output by the following JULIA code:                      (4 pts)
	
	
		B = [3 0 0 -4];
	
	
		pinv(B)
	
	
		35.  Complete the following JULIA function so that it returns the nullity of a matrix argument.    (4 pts)
	
	
		function nullity ( A )
	
	
		(M,N)=size(A)
	
	
		return
	
	
		end
	
	
		36.   Determine the output value displayed by the following JULIA code.                                 (4 pts)
	
	
		A = 7 * ones(5,3);
	
	
		(U, s, V)  = svd(A);
	
	
		B = U[:,1] * s[1] * V[:,1]’;
	
	
		Vecnorm ( A – B )
	
	37.  Complete the following JULIA function so that it returns an orthonormal basis (as a matrix) for the span of the four input vectors a, b, c, d (assumed to be of the same length).   (4 pts)
	function spanbasis (a, b, c, d)
	end
	38.   Let U and V denote unitary N × N matrices. Complete the following JULIA function so that
	given input vector y ∈ ℂN, it returns the linear least-squares solution
	argminx  ‖UVx − y‖2(2). 
	For full credit, your code must use as few floating-point calculations as possible.   (4 pts)
	function best (y, U, V)
	return
	end
	39.   Determine a simple expression for the solution to the following regularized least-squares
	cost function for δ  > 0. x = argminxf(x) where f(x) = 2/1 ‖Ax − y‖2(2) + 2/1 δ 2 ‖Cx‖2(2), where C has full column rank. Your final expression should not have any pseudo-inverse in it and should be in terms of the original problem variables: A, C, y, δ .        (8 pts)