Question

Let {u1,u2,u3} be an orthonormal basis for an inner product space V. If

Answer 1

• ||v|| = 42, which is to say

||v||² = 〈v, v 〉

…  = 〈a u₁ + b u₂ + c u₃, a u₁ + b u₂ + c u₃〉

… = a ² 〈u₁, u₁〉 + b ² 〈u₂, u₂〉 + c ² 〈u₃, u₃〉 + 2(ab 〈u₁, u₂〉 + ac 〈u₁, u₃〉 + bc 〈u₂, u₃〉)

… = a ² ||u₁||² + b ² ||u₂||² + c ² ||u₃||²

[since each vector in the basis for V is orthogonal to any other vector in the basis, and 〈x, x〉 = ||x||² for any vector x ]

42² = a ² + b ² + c ²

[since each vector in the basis has unit length]

42 = √(a ² + b ² + c ²)

• v is orthogonal to u₃, so 〈v, u₃〉 = 0. Expanding v gives the relation

〈v, u₃〉 = 〈a u₁ + b u₂ + c u₃, u₃〉

… = a 〈u₁, u₃〉 + b 〈u₂, u₃〉 + c 〈u₃, u₃〉

… = c ||u₃||²

… = c

which gives c = 0, and so

42 = √(a ² + b ²)

• Lastly, 〈v, u₂〉 = -42, which means

〈v, u₂〉 = 〈a u₁ + b u₂ + c u₃, u₂〉

… = a 〈u₁, u₂〉 + b 〈u₂, u₂〉 + c 〈u₃, u₂〉

… = b ||u₂||²

… = b

so that b = -42. Then

42 = √(a ² + (-42)²)   →   a = 0

So we have a = 0, b = -42, and c = 0.