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Homework 1B ECE 4710J

Due Date: Feb 27, 2023

1. Fundamental Linear Algebra

Ben, Tom, and Amy are shopping for fruit at a grocery store. A fruit bowl contains some fruit and the price of fruit bowl is the total price of all of its individual fruit.

The store has apples for $2, bananas for $1, and oranges for $4. The price of each of these can be written in a vector:

The store sells the following fruit bowls:

1.  2 of each fruit

2.  5 apples and 8 bananas

3.  2 bananas and 3 oranges

4.  10 oranges

(a)  Define a matrix B such that

evaluates to a length 4 column vector containing the price of each fruit bowl.  The first entry of the result should be the cost of fruit bowl 1, the second entry the cost of fruit bowl 2, etc.

(b)  Ben, Tom, and Amy make the following purchases:

.  Ben buys 2 fruit bowl 1s and 1 fruit bowl 2.

.  Tom buys 1 of each fruit bowl.

. Amy buys 10 fruit bowl 4s

Define a matrix A such that the matrix expression

evaluates to a length 3 column vector containing how much each of them spent. The rst entry of the result should be the total amount spent by Ben, the second entry the amount sent by Tom, etc.

(c) Let’s suppose the store changes their fruit prices, but you don’t know what they changed their prices to. Ben, Tom, and Amy buy the same quantity of fruit baskets and the number of fruit in each basket is the same, but now they each spent these amounts:

In terms of A, B, and -α_, determine U2(-_)  (the new prices of each fruit).

2. Calculus

Let 7 (α) = .

(a)  Show that 7 (_α) = 1 _ 7 (α)

(b) show that the derivative can be written as:

7 (α) = 7 (α)(1 _ 7 (α))

(c)  Make a plot for 7 (α) and 7 (α) in the same coordinate system for α e [_5, 5]

3. Minimization

Consider the function f (c) = Σi丰(n)|(αi  _ c)2  .  In this scenario, suppose that our data points α |, α2 , ..., αn  are xed, and that c is the only variable.

Using calculus, determine the value of c that minimizes f (c).  You must justify that this is indeed a minimum, and not a maximum.

4. Probability

Only 1% of 40-year-old women who participate in a routine mammography test have breast cancer. 80% of women who have breast cancer will test positive, but 9.6% of women who don’t have breast cancer will also get positive tests.

Suppose we know that a woman of this age tested positive in a routine screening.  What is the probability that she actually has breast cancer?  (Note:  You must show all of your work, and also simplify your nal answer to 3 decimal places.)

5. Statistics

Suppose we collected a sample of 200 students at University A, and 150 of them happened to be Canadian (so, if we were to select a student uniformly at random from our sample, there is a 0.75 chance that they are Canadian).

For inferential purposes, we choose to bootstrap this sample 500,000 times. That is, we simulate the act of re-sampling (with replacement) 200 students from our observed sample, and each time we record the number of Canadians in our re-sample. We provide a histogram of the sampling distribution below.


What is the standard deviation of the sampling distribution shown above?  Select the closest option below, and explain your answer.

a  1.5

b  6.1

c  12.4

d  10.1

Hint: While it is possible to calculate the answer, the histogram has all of the information you need.

6. Inference

In the lecture, we have introduced you with an example of the poll from the Literary Digest. The popular vote results were approximately 61% Roosevelt (Democrat, incumbent), 37% Alf Landon (Republican), and 2% other candidates.  For this problem, this is our population dis- tribution.  However from Literary Digest’s poll, Roosevelt only get 43% of the votes.  Discuss whether this offset could be arisen simply due to chance error in their sample?  (Note:  Please answer this question with the standard workflow of hypothesis testing, do not arbitrarily give the conclusion) If not, what is the source of the offset?