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Línea 1: |
- | Un '''''sistema de ecuaciones lineales''''' con incógnitas
| + | __TOC__ |
- | <math>
| + | |
- | \left(
| + | |
- | \, x_1, \, x_2, \, \ldots, \, x_n \,
| + | |
- | \right)
| + | |
- | </math>
| + | |
- | es un conjunto formado por
| + | |
- | <math>
| + | |
- | m
| + | |
- | </math>
| + | |
- | igualdades de la forma:
| + | |
| | | |
| <br/> | | <br/> |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}{c}
| |
- | a_{11} \cdot x_1 + a_{12} \cdot x_2 + \ldots a_{1n} \cdot x_n = b_1
| |
- | \\
| |
- | a_{21} \cdot x_1 + a_{22} \cdot x_2 + \ldots a_{2n} \cdot x_n = b_2
| |
- | \\
| |
- | \dotfill
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} \cdot x_1 + a_{m2} \cdot x_2 + \ldots a_{mn} \cdot x_n = b_m
| |
- | \end{array}
| |
- | \right\}
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | donde los
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- | <math>
| |
- | a_{ij}
| |
- | </math>
| |
- | se llaman coeficientes y los
| |
- | <math>
| |
- | b_i
| |
- | </math>
| |
- | , terminos independientes del sistema.
| |
- |
| |
- | En los coeficientes
| |
- | <math>
| |
- | a_{ij}
| |
- | </math>
| |
- | , el subindice
| |
- | <math>
| |
- | i
| |
- | </math>
| |
- | indica la ecuación del sistema en la que aparece dicho coeficiente, y el subíndice
| |
- |
| |
- | <math>
| |
- | j
| |
- | </math>
| |
- | señala de que incognita es coeficiente
| |
- | <math>
| |
- | a_{ij}
| |
- | </math>
| |
- | .
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | El subindice
| |
- | <math>
| |
- | i
| |
- | </math>
| |
- | que aparece en el término
| |
- | <math>
| |
- | b_i
| |
- | </math>
| |
- | , indica la ecuación de la que
| |
- | <math>
| |
- | b_i
| |
- | </math>
| |
- | es término independiente.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | El sistema anterior de
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- | <math>
| |
- | m
| |
- | </math>
| |
- | ecuaciones lineales con
| |
- | <math>
| |
- | n
| |
- | </math>
| |
- | incognitas se puede escribir matricialmente de la siguiente forma:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left(
| |
- | \begin{array}[c]{cccc}
| |
- | a_{11} & a_{12} & \ldots & a_{1n}
| |
- | \\
| |
- | a_{21} & a_{22} & \ldots & a_{2n}
| |
- | \\
| |
- | \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} & a_{m2} & \ldots & a_{mn}
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | \cdot
| |
- | \left(
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | x_1
| |
- | \\
| |
- | x_2
| |
- | \\
| |
- | \vdots
| |
- | \\
| |
- | x_n
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | \, = \,
| |
- | \left(
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | b_1
| |
- | \\
| |
- | b_2
| |
- | \\
| |
- | \vdots
| |
- | \\
| |
- | b_m
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | De izquierda a derecha, la primera matriz, en la igualdad anterior es la '''''matriz de los coeficientes''''' y la llamaremos
| |
- |
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | , la segunda matriz es la matriz de las incognitas y la llamaremos
| |
- | <math>
| |
- | X
| |
- | </math>
| |
- | . La tercera es la matriz de los terminos indedependientes y la llamaremos
| |
- | <math>
| |
- | B
| |
- | </math>
| |
- | .
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Con esta notación, nuestro sistema de ecuaciones lineales se puede representar de la
| |
- | siguiente manera:
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- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | A \cdot X \, = \, B
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | La
| |
- | '''''matriz ampliada''''' es la matriz de los coeficientes,
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | , a la que se añade la columna de los terminos independientes,
| |
- | <math>
| |
- | B
| |
- | </math>
| |
- | :
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | A|B \, = \,
| |
- | \left(
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}[c]{cccc}
| |
- | a_{11} & a_{12} & \ldots & a_{1n}
| |
- | \\
| |
- | a_{21} & a_{22} & \ldots & a_{2n}
| |
- | \\
| |
- | \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} & a_{m2} & \ldots & a_{mn}
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | b_1
| |
- | \\
| |
- | b_2
| |
- | \\
| |
- | \vdots
| |
- | \\
| |
- | b_m
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Resolver un sistema de ecuaciones lineales es encontrar todas sus soluciones. Al conjunto
| |
- | de todas las soluciones del sistema se le llama solución general, y a cada una de las
| |
- | soluciones que forman dicho conjunto, solución particular.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Serán soluciones del sistema todas las n-tuplas
| |
- | <math>
| |
- | \left(
| |
- | \, s_1, \, s_2, \, \ldots, \, s_n \,
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | tales que al sustituir
| |
- | <math>
| |
- | x_i
| |
- | </math>
| |
- | por
| |
- | <math>
| |
- | s_i
| |
- | </math>
| |
- | , para
| |
- | <math>
| |
- | i = 1, \, 2, \, \ldots, \, n
| |
- | </math>
| |
- | , todas las ecuaciones del sistema se conviertan en identidades.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | [[Categoría:Matemáticas]]
| |
- |
| |
- | %% }}}
| |
- | %% {{{ =tipos de sistemas
| |
- | <center>
| |
- | [[Image:sistemas.gif|Clasificación de los sistemas de ecuaciones lineales]]
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
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- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones es '''''compatible''''' cuando tiene solución.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones es '''''compatible determinado''''' cuando tiene solución única.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones es '''''compatible indeterminado''''' cuando tiene infinitas
| |
- | soluciones.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones es '''''incompatible''''' cuando no tiene solución.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones es '''''homogéneo''''' cuando todos sus terminos independientes
| |
- | son cero.
| |
- |
| |
- | [[Category:Matemáticas]]
| |
- | %% }}}
| |
- | %% {{{ =método de reducción de Gauss
| |
- |
| |
- | [[Imagen:gauss.jpg|frame|Gauss es uno de los matematicos mas
| |
- | importantes de todos los tiempos. ¡Fue un GENIO!]]
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | El método de Gauss consiste en transformar el sistema dado en otro equivalente.
| |
- | Para ello tomamos la [[Sistemas de ecuaciones lineales|matriz ampliada]] del
| |
- | sistema y mediante las [[Matriz inversa#Operaciones elementales por filas en una matriz|operaciones elementales]]
| |
- | por filas la transformamos en una matriz triangular superior ( o
| |
- | inferior ). De esta forma obtenemos un sistema equivalente al inicial y que es muy facil
| |
- | de resolver.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | ==Ejemplo==
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | La matriz ampliada del sistema de ecuaciones:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left\{
| |
- | \begin{array}[c]{ccc}
| |
- | x \, + \, y \, + \, z & = & ~~3
| |
- | \\
| |
- | x \, + \, y \, - \, z & = & ~~1
| |
- | \\
| |
- | x \, - \, y \, - \, z & = & -1
| |
- | \end{array}
| |
- | \right.
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | es:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left(
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}[c]{ccc}
| |
- | ~~1 & ~~1 & ~~1
| |
- | \\
| |
- | ~~1 & ~~1 & -1
| |
- | \\
| |
- | ~~1 & -1 & -1
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | ~~3
| |
- | \\
| |
- | ~~1
| |
- | \\
| |
- | -1
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Si a la tercera y segunda fila le restamos la primera, obtenemos:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left(
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}[c]{ccc}
| |
- | ~~1 & ~~1 & ~~1
| |
- | \\
| |
- | ~~0 & ~~0 & -2
| |
- | \\
| |
- | ~~0 & -2 & -2
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | ~~3
| |
- | \\
| |
- | -2
| |
- | \\
| |
- | -4
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Si ahora intercambiamos la segunda y tercera filas, obtenemos
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left(
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}[c]{ccc}
| |
- | ~~1 & ~~1 & ~~1
| |
- | \\
| |
- | ~~0 & -2 & -2
| |
- | \\
| |
- | ~~0 & ~~0 & -2
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | \begin{array}[c]{c}
| |
- | ~~3
| |
- | \\
| |
- | -4
| |
- | \\
| |
- | -2
| |
- | \end{array}
| |
- | \right)
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | que es la matriz ampliada del sistema de ecuaciones:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left\{
| |
- | \begin{array}[c]{rcl}
| |
- | x \, + \, y \, + \, z & = & ~~3
| |
- | \\
| |
- | -2y \, - \, 2z & = & -4
| |
- | \\
| |
- | -2z & = & -2
| |
- | \end{array}
| |
- | \right.
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | que es equivalente al inicial.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Solucionamos la tercera ocuacion para obtener
| |
- | <math>
| |
- | z
| |
- | </math>
| |
- | :
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | z \, = \, 1
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- | En la primera y segunda ecuación, sustituimos
| |
- | <math>
| |
- | z
| |
- | </math>
| |
- | por la solucion de la tercera ecuación (
| |
- | <math>
| |
- | 1 \to z
| |
- | </math>
| |
- | ), para obtener:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left\{
| |
- | \begin{array}[c]{rcl}
| |
- | x \, + \, y \, + \, 1 & = & ~~3
| |
- | \\
| |
- | -2y \, - \, 2 & = & -4
| |
- | \end{array}
| |
- | \right.
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | La segunda ecuación es ahora una ecuación con una sola incognita,
| |
- | <math>
| |
- | y
| |
- | </math>
| |
- | . Que resolvemos para obtener
| |
- | <math>
| |
- | y \, = \, 1
| |
- | </math>
| |
- | . Sustituimos, en la primera ecuación,
| |
- | <math>
| |
- | y
| |
- | </math>
| |
- | por 1 (
| |
- | <math>
| |
- | 1 \to y
| |
- | </math>
| |
- | ). Esto nos da una ecuación en
| |
- | <math>
| |
- | x
| |
- | </math>
| |
- | :
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | x \, + \, 1 \, + \, 1 \, = \, 3
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | que al resolverla termina de darnos la solución del sistema de ecuaciones inicial:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | x \, = \, y \, = \, z \, = \, 1
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | [[Category:Matemáticas]]
| |
- |
| |
- | %% }}}
| |
- | %% {{{ =método de la matriz inversa
| |
- |
| |
- | Un sistema de ecuaciones lineales se puede escribir en [[Sistemas de ecuaciones lineales|forma matricial]]:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | A \cdot X \, = \, B
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Si
| |
- | <math>
| |
- | A^{-1}
| |
- | </math>
| |
- | existe, es decir, si
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | es una matriz cuadrada de determinante no nulo, entonces podemos multiplicar toda
| |
- | la igualdad anterior por la izquierda por
| |
- | <math>
| |
- | A^{-1}
| |
- | </math>
| |
- | , para obtener:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | X \, = \, A^{-1} \cdot B
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | que es la solución del sistema de ecuaciones lineales de matriz de coeficientes
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | y matriz de terminos independientes
| |
- | <math>
| |
- | B
| |
- | </math>
| |
- | .
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | [[Category:Matemáticas]]
| |
- |
| |
- | %% }}}
| |
- | %% {{{ =regla de Cramer
| |
- |
| |
- | [[Imagen:cramer2.gif|frame|Gabriel Cramer nacio Ginebra ( Suiza ) 1704 y murio en 1752. A
| |
- | él le debemos la regla que lleva su nombre. ¡Gracias Gabriel por tu contribución a las Matemáticas!]]
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Esta regla es un metodo de resolución de sistemas de ecuaciones lineales que se puede
| |
- | utilizar cuando la matriz
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | de coeficientes del sistema es cuadrada y de determinante no nulo. El que
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | sea cuadrada significa que el numero de incognitas y el numero de ecuaciones
| |
- | coincide.
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | Cuando el sistema de ecuaciones
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left.
| |
- | \begin{array}{c}
| |
- | a_{11} \cdot x_1 + a_{12} \cdot x_2 + \ldots a_{1n} \cdot x_n = b_1
| |
- | \\
| |
- | a_{21} \cdot x_1 + a_{22} \cdot x_2 + \ldots a_{2n} \cdot x_n = b_2
| |
- | \\
| |
- | \dotfill
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} \cdot x_1 + a_{m2} \cdot x_2 + \ldots a_{mn} \cdot x_n = b_m
| |
- | \end{array}
| |
- | \right\}
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | satisface las condiciones arriba mencionadas, su solución viene dada por:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | x_1 \, = \, \frac
| |
- | {
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cccc}
| |
- | b_1 & a_{12} & \ldots & a_{1n}
| |
- | \\
| |
- | b_2 & a_{22} & \ldots & a_{2n}
| |
- | \\
| |
- | \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
| |
- | \\
| |
- | b_m & a_{m2} & \ldots & a_{mn}
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | }
| |
- | {|A|}
| |
- | , \qquad \qquad x_2 \, = \, \frac
| |
- | {
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cccc}
| |
- | a_{11} & b_1 & \ldots & a_{1n}
| |
- | \\
| |
- | a_{21} & b_2 & \ldots & a_{2n}
| |
- | \\
| |
- | \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} & b_m & \ldots & a_{mn}
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | }
| |
- | {|A|}, \qquad \qquad \ldots \ldots
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \ldots \ldots, \qquad \qquad x_n \, = \, \frac
| |
- | {
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cccc}
| |
- | a_{11} & a_{12} & \ldots & b_1
| |
- | \\
| |
- | a_{21} & a_{22} & \ldots & b_2
| |
- | \\
| |
- | \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
| |
- | \\
| |
- | a_{m1} & a_{m2} & \ldots & b_m
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | }
| |
- | {|A|}
| |
- | \qquad \qquad
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | En general
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | x_i \, = \, \frac{|A_i|}{|A|}
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | donde
| |
- | <math>
| |
- | A_i
| |
- | </math>
| |
- | es la matriz que se obtiene sustituyendo la i-esima columna de
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | por la [[Sistemas de ecuaciones lineales|matriz de los terminos independientes]],
| |
- | <math>
| |
- | B
| |
- | </math>
| |
- | .
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | ==Ejemplo==
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- | Consideremos el sistema de ecuaciones:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | \left\{
| |
- | \begin{array}[c]{rcl}
| |
- | x \, + \, y \, = \, 2
| |
- | \\
| |
- | x \, - \, y \, = \, 0
| |
- | \end{array}
| |
- | \right.
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | En este sistema de ecuaciones lineales, la matriz
| |
- | <math>
| |
- | A
| |
- | </math>
| |
- | de los coeficientes es una matriz cuadrada y
| |
- | <math>
| |
- | |A| \, = \,
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cc}
| |
- | 1 & ~~1
| |
- | \\
| |
- | 1 & -1
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | \, = \, -2 \neq 0
| |
- | </math>
| |
- | . Por lo tanto, podemos aplicar la regla de Cramer para resolverlo:
| |
- |
| |
- | <br/>
| |
- |
| |
- | <center>
| |
- | <math>
| |
- | x \, = \, \frac
| |
- | {
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cc}
| |
- | 2 & ~~1
| |
- | \\
| |
- | 0 & -1
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | }
| |
- | {|A|} \, = \, \frac{-2}{-2} \, = \, 1
| |
- | \qquad \qquad y \, = \, \frac
| |
- | {
| |
- | \left|
| |
- | \begin{array}[c]{cc}
| |
- | 1 & 2
| |
- | \\
| |
- | 1 & 0
| |
- | \end{array}
| |
- | \right|
| |
- | }
| |
- | {|A|}\, = \, \frac{-2}{-2} \, = \, 1
| |
- | </math>
| |
- | </center>
| |
- |
| |
- | <br/>
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- | [[Category:Matemáticas]]
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- | %% }}}
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- | %% {{{ =teorema de Rouché-Frobenius
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| ==Enunciado== | | ==Enunciado== |