MATEMATICAS 4: septiembre 2009

Ecuaciones lineales con más de dos variables.

Para sistemas de ecuaciones lineales con más de dos variables, podemos usar el método de eliminación por sustitución o el método de eliminación por suma o resta (por adición o sustracción).

El método de eliminación por suma o resta es la técnica más breve y fácil de hallar soluciones. Además, lleva la técnica de matrices que se estudia en esta sección.

Cualquier sistema de ecuaciones lineales con tres variables tiene una solución única, un número infinito de soluciones o no tiene solución.

Método de eliminación para resolver un sistema de ecuaciones lineales:

Ejemplo:

Resuelve el sistema:

x + 2y + 3z = 9 …………………………….. (primer ecuación)

4x + 5y + 6z = 24 …………………………. (segunda ecuación)

3x + y - 2z = 4 ……………………………. (tercera ecuación)

Solución:

Suma −4 veces la “primera ecuación” a la “segunda”:

[x + 2y + 3z = 9]−4 → −4x −8y −12z =−36

4x +5y + 6z = 24

0 −3y - 6z = −12

Suma −3 veces la “primera ecuación” a la “tercera”:

x + 2y + 3z = 9

-3y - 6z = −12

-5y - 11z = −23

Multiplica por -(1÷ 3) la “segunda ecuación”:

x + 2y + 3z = 9

y + 2z = 4

-5y −11z = −23
Multiplica por −1 la “tercera ecuación”:

x + 2y + 3z = 9

y + 2z = 4

5y +11z = 23

Suma −5 veces la “segunda ecuación” a la “tercera”:

x + 2y + 3z = 9

y + 2z = 4

z = 3
Las soluciones del último sistema son fáciles de hallar por sustitución. De la “tercera ecuación”, vemos que z = 3. Al sustituir “z” con 3 en la “segunda ecuación”, y + 2z = 4 obtenemos y = −2. Por último, encontramos el valor de “x” al sustituir y = −2 y z = 3, en la “primera ecuación”, x + 2y + 3z = 9 con lo cual x = 4. Por tanto, hay una solución:

x = 4,

y = −2,

z = 3.
Sistema Matriz coeficiente Matriz aumentada

Antes de estudiar un método de matrices para resolver un sistema de ecuaciones lineales, daremos una definición general de matriz.

Definición de matriz.
Sean m y n enteros positivos. Una matriz de m x n (se lee “m” por “n”), es una matriz de la siguiente forma, donde cada aij es un numero real.

Ejemplos:



Sea la matriz:


por tanto, es una “matriz de orden 2 x 3.”

Sea la matriz:

por tanto, es una “matriz de orden 3 x 1.”

Teorema sobre transformaciones de renglones de matrices.

Dada una matriz de un sistema de ecuaciones lineales, resulta una matriz de un sistema equivalente si:

a) Se intercambian dos renglones. Símbolo: Ri Rj.

b) Se multiplica o divide un renglón por una constante diferente de cero. Símbolo: kRi Ri.

c) Un múltiplo constante de un renglón se suma a otro renglón. Símbolo: kRi + Rj Rj.

Uso de matrices para resolver un sistema de ecuaciones lineales.

Ejemplo.

Resuelve el sistema:

x + 2y + 3z = 9

4x + 5y + 6z = 24

3x + y - 2z = 4

Comenzaremos con la matriz del sistema, es decir, la matriz aumentada:

Luego aplicamos transformaciones elementales de renglón a fin de obtener otra matriz (más sencilla) de un sistema de ecuaciones equivalentes. Pondremos símbolos adecuados entre matrices equivalentes.

(−4)R1 + R 2 R 2

(−3)R1 + R 3 R 3?

(-(1÷ 3))R 2 R 2

(−1)R 3 R 3

(−5)R2 + R 3 R 3

Con la matriz final regresamos al sistema de ecuaciones:

Que equivale al sistema original. La solución x = 4, y = −2, z = 3 se puede encontrar ahora por sustitución.

La matriz final de la solución es una forma escalonada.

En general, una matriz está en forma escalonada si satisface estas condiciones:

a) El primer número diferente de cero de cada renglón, leyendo de izquierda a derecha, es 1.

b) La columna que contenga el primer número diferente de cero en cualquier renglón está a la izquierda de la columna con el primer número distinto de cero del renglón de abajo.

c) Los renglones formados enteramente de ceros pueden aparecer en la parte inferior de la matriz.

Ejemplo:


Sea la matriz:

es “una matriz escalonada”

Guías para hallar la forma escalonada de una matriz.

(a) Localizar la primer columna que contenga elementos diferentes de cero y aplicar transformaciones elementales de renglón a fin de obtener 1 en el primer renglón de esa columna.

(b) Aplicar transformaciones elementales de renglón del tipo kR1 + Rj Rj. para j > 1 y obtener 0 bajo el número 1 obtenido en la guía (a) en cada uno de los renglones restantes.

© Hacer caso omiso del primer renglón. Localizar la próxima columna que contenga elementos diferentes de cero y aplicar transformaciones elementales de renglón con objeto de obtener el número 1 en el segundo renglón de esa columna.

(d) Aplicar transformaciones elementales del tipo kR2 + Rj Rj. para j >2 y obtener 0 bajo el número 1 obtenido en la guía © en cada uno de los renglones restantes.

(e) Hacer caso omiso del primer y segundo renglones. Localizar la siguiente columna que contenga elementos diferentes de cero y repetir el procedimiento.

(f) Continuar el proceso hasta alcanzar la forma escalonada.

Uso de la forma escalonada para resolver un sistema de ecuaciones lineales.

Ejemplo:

Resuelve el sistema:

Solución: Comenzamos con la matriz aumentada y luego obtenemos una forma escalonada, según se describe en las guías.

R1 R4

R2 R3

(1)R1 + R 3 R 3

(−2)R1 + R 4 R 4

(−1)R 2 R 2

(-(1÷ 2))R 2 R 2

(−1)R2 + R 3 R 3

(−1)R2 + R 4 R 4

(3)R3 + R 4 R 4

La matriz final está en forma escalonada y corresponde a un sistema de ecuaciones:

(-(1÷ 2))R 4 R 4

Ahora usamos sustitución a fin de hallar la solución. De la última ecuación vemos que w = −1; de la tercera ecuación vemos que z = −2 . Sustituimos en la segunda ecuación, y obtenemos:

y - 2z - w = 6

y - 2(−2) - (−1) = 6

y + 4 + 1 = 6

y = 1

Sustituimos los valores encontrados en la primera ecuación:

x + z + 2w = −3

x + (−2) + 2(−1) = −3

x - 2 - 2 = −3

x = 1

Por lo tanto, el sistema tiene una solución: x = 1, y = 1, z = −2, w = −1.

2.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES Y TIPOS DE SOLUCION.

2.3 INTERPRETACION DE LAS SOLUCIONES GEOMETRICAS.

La ecuación de segundo grado y sus diversas soluciones tienen una traducción al campo gráfico muy interesante y esclarecedora. Recuerda que la parábola es una línea curva representativa de la función polinómica .

Cuando la y=0, la parábola corta al eje de abscisas; a su vez, la expresión anterior queda reducida a . Luego las soluciones de la ecuación de segundo grado son los puntos de corte de la parábola asociada con el eje de abscisas. Por tanto, una ecuación de segundo grado tiene tantas soluciones reales como veces corte la parábola asociada a ella al eje de abscisas.

3. Pinta en la siguiente escena las parábolas asociadas a las ecuaciones del ejercicio 1y comprueba lo dicho en el párrafo anterior. La escena empieza con la resolución gráfica de la ecuación , su discriminante vale 1 y, por tanto, tiene dos soluciones reales distintas, que son 2 y 3.

2.4 METODOS DE SOLUCION DE UN SISTEMA DE ECUACIONES LINEALES

(GAUSS-JORDAN, ELIMINACION GAUSSIANA)

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JohnDarker

jueves, 24 de septiembre de 2009

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