AC-2 P1.
$ \mathbf{a)} \quad C=\begin{bmatrix} B & AB & A^2B \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 1 & 2 & 2 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} $ $ \quad rank=2\ne \mbox 3 $
$ \quad Not\quad controllable $
$ \mathbf{b)} \quad Subspace\quad is \begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{bmatrix} ,& \begin{bmatrix} 2 \\ 0 \\ 0 \end{bmatrix} \end{Bmatrix}. $
$ \mathbf{c)} \quad 0=\begin{bmatrix} 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \quad Not \quad observable $
$ \mathbf{d)} \quad X_1=r,X_2=-s,X_3=s \quad X=r\begin{bmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{bmatrix}+s\begin{bmatrix} 0 \\ -1 \\ 1 \end{bmatrix}\\ $
$ Subspace\quad is \begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{bmatrix} ,& \begin{bmatrix} 0 \\ -1 \\ 1 \end{bmatrix} \end{Bmatrix}.\\ $
$ \mathbf{e)} \quad \lambda I-A=\begin{bmatrix} \lambda-1 & -1 & -1 \\ 0 & \lambda & -1 \\ 0 & 0 & \lambda+1 \end{bmatrix}\quad \lambda_1=1,\lambda_2=0,\lambda_3=-1\\ $
$ \qquad for \;\lambda_1=1 \qquad\begin{bmatrix} \lambda I-A & B \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0 & -1 & -1 & 1 \\ 0 & 1 & -1 & 1 \\ 0 & 0 & 2 & 0 \end{bmatrix}\\ $
$ \qquad for \;\lambda_2=0 \qquad\begin{bmatrix} \lambda I-A & B \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} -1 & -1 & -1 & 1 \\ 0 & 0 & -1 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{bmatrix}\\ $
$ \qquad for \;\lambda_3=-1 \qquad\begin{bmatrix} \lambda I-A & B \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} -2 & -1 & -1 & 1 \\ 0 & -1 & -1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \qquad rank<3 \qquad must\;contain\;\lambda=-1 \qquad so\qquad No.\\ $
$ \mathbf{f)} \quad \begin{bmatrix} \lambda I-A \\ C \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} \lambda-1 & -1 & -1 \\ 0 & \lambda & -1 \\ 0 & 0 & \lambda+1 \\ 0 & 1 & 1 \end{bmatrix} $
$ for\; \lambda_1=1 \quad \begin{bmatrix} \lambda I-A \\ C \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0 & -1 & -1 \\ 0 & 1 & -1 \\ 0 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 1 \end{bmatrix} \quad rank<3 \quad must\;have\;\lambda_1=1 $
$ for\; \lambda_2=0 \quad \begin{bmatrix} \lambda I-A \\ C \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} -1 & -1 & -1 \\ 0 & 0 & -1 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 1 \end{bmatrix}\\ $
$ for \lambda-3=-1\quad \begin{bmatrix} \lambda I-A \\ C \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} -2 & -1 & -1 \\ 0 & -1 & -1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \end{bmatrix} \quad rank<3 \quad must\;have\;\lambda_3=-1\\ $
