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Orientación Universidad
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1,a Matrices y Determinantes, Apuntes de Matemáticas

Asignatura: Matemáticas, Profesor: Maria Pilar Salgado Rodriguez, Carrera: Química, Universidad: USC

Tipo: Apuntes

2016/2017

Subido el 30/11/2017

pabloantoin
pabloantoin 🇪🇸

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Matem´aticas I
Grado en Qu´ımica - Doble Grado en Qu´ımica y en Biolog´ıa
Dpto. de Matem´atica Aplicada
Facultad de Matem´aticas
Universidad de Santiago de Compostela
Grado en Qu´ımica - Doble Grado en Qu´ımica y en Biolog´ıa Matem´aticas I. Curso 2017-18 1/33
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Matem´aticas I

Grado en Qu´ımica - Doble Grado en Qu´ımica y en Biolog´ıa

Dpto. de Matem´atica Aplicada

Facultad de Matem´aticas

Universidad de Santiago de Compostela

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Sistemas de ecuaciones lineales y m´etodo de Gauss

Un sistema de m ecuaciones lineales y n inc´ognitas:

S.E .L.

a 11 x 1 + a 12 x 2 +... + a 1 nxn = b 1

am 1 x 1 + am 2 x 2 +... + amnxn = bm

donde

aij ∈ R son los coeficientes del sistema (i = 1,... , m, j = 1,... , n),

bi ∈ R son los t´erminos independientes (i = 1,... , m)

xj ∈ R son las inc´ognitas (j = 1,... , n).

Ejemplo

2 x + 3y = 6

2 x + y = 4

Un sistema de 2 ecuaciones lineales y dos inc´ognitas, x e y

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Propiedad

Tipos de sistemas atendiendo a sus soluciones

Sistema Compatible Determinado: el sistema tiene una ´unica soluci´on.

Sistema Compatible Indeterminado: el sistema tiene infinitas soluciones.

Sistema Incompatible: el sistema no posee ninguna soluci´on.

Definici´on

Los sistemas equivalentes son aquellos que poseen las mismas

soluciones.

M´etodo de Gauss: el S.E.L. se transforma en un sistema equivalente

mediante operaciones elementales.

Operaciones elementales

Intercambiar dos ecuaciones

Multiplicar una ecuaci´on por un n

o

distinto de cero

Sumar a una ecuaci´on un m´ultiplo de otra

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Ejemplo

Resolver por el m´etodo de Gauss el sistema

2 x + 3y = 6

2 x + y = 4

Soluci´on:

2 x + 3y = 6

2 x + y = 4

Ec2 - Ec

2 x + 3 y = 6

− 2 y = − 2

A partir de aqu´ı se resuelve de abajo a arriba (por remonte):

y = 1

x = (6 − 3)/2 = 3/ 2

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Efectuamos ahora las operaciones por filas, en lugar de operar con las

ecuaciones, para hacer ceros los coeficientes que est´an por debajo de la

diagonal principal, aii , i=1,...,m:

F 2 −F 1

Una vez conseguida una matriz escalonada (aquella en la que puede

trazarse una escalera descendente tal que cada pelda˜no tiene altura 1 y

debajo de la escalera todos los elementos de la matriz son cero)

escribimos nuevamente el sistema equivalente,

2 x + 3 y = 6

− 2 y = − 2

y se resuelve por remonte.

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

M´etodo de Gauss

El m´etodo de Gauss consiste en transformar la matriz ampliada del

sistema, mediante operaciones elementales, en una matriz escalonada y

resolver el sistema equivalente (m´as sencillo) por un m´etodo de remonte.

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

El sistema equivalente es

x +2y −z = − 1

y +3z = − 1

10 z = 0

Se resuelve por remonte

10 z = 0 ⇒ z = 0.

y + 3z = − 1

z = 0

⇒ y = − 1.

x + 2y − z = − 1

z = 0

y = − 1

⇒ x = 1.

Es un sistema compatible determinado, soluci´on ´unica (1, − 1 , 0)

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Ejemplo

Resolver utilizando el m´etodo de Gauss el siguiente sistema lineal:

x − 3 y + z = 4

x − 2 y + 3 z = 6

2 x − 6 y + 2 z = 8

Soluci´on:

F 2 − F 1

F 3 − 2 F 1

El sistema equivalente es

x − 3 y +z = 4

y +2z = 2

Se resuelve por remonte en funci´on de (n

o inc´ognitas - n

o escalones) par´ametros:

En este caso, 3 − 2 = 1 par´ametro: z = t ∈ IR

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

F 3 −F 2 −→

El sistema equivalente es

2 x −y +z = 3

− 2 y +z = − 4

Es un sistema incompatible, no tiene soluci´on.

Rango de una matriz: N´umero de escalones de su matriz escalonada.

Ejemplos:

En el Ejemplo 1: 

rango(A)=3; rango(A|b)=3.

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) M´etodo de Gauss para la resoluci´on de sistemas de ecuaciones lineales.

Propiedad

Teorema de Rouch´e-Frobenius

Dado un sistema de m ecuaciones lineales y n inc´ognitas con matriz de coeficientes A

y matriz ampliada A|b se verifican:

Sistema compatible determinado ⇐⇒ rango(A)=rango(A|b)=n.

Sistema compatible indeterminado ⇐⇒ rango(A)=rango(A|b) 6 =n.

Sistema incompatible ⇐⇒ rango(A)<rango(A|b).

Definici´on

Un sistema homog´eneo es aquel cuyos t´erminos independientes

b 1 ,... , bm son iguales a cero.

a

11

x

1

+ a

12

x

2

+... + a

1 n

x

n

am 1 x 1 + am 2 x 2 +... + amnxn = 0

Propiedad: Un sistema homog´eneo es siempre compatible porque la

soluci´on trivial, (0,... , 0), verifica todas las ecuaciones.

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) Matrices.

Producto por un n

o

real (escalar): Sea A ∈ M

m×n

, λ ∈ IR

λA = [λ a

ij

]

i=1,...,m; j=1,...,n

Traspuesta de una matriz A (se denota por A

t

∈ M

n×m

) : Sea

A ∈ M

m×n

A

t

= [a

ji

]

j=1,...,n; i=1,...,m

Ejemplos:

t

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) Matrices.

Multiplicaci´on de matrices

A ∈ M

m×l

, B ∈ M

l×n

AB = C = [c

ij

]

i=1,...,m; j=1,...,n

siendo c

ij

l

k=

a

ik

b

kj

= a

i 1

b

1 j

+ a

i 2

b

2 j

+... + a

il

b

lj

Por tanto

AB ∈ M

m×n

NOTA: Para multiplicar matrices, el n

o

de columnas de la 1

a

ha de

ser igual al n

o

de filas de la 2

a

Ejemplo:

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) Matrices.

Propiedades

Del producto de matrices.

(A + B) C = AC + BC.

A (B + C ) = AB + AC.

(AB) C = A (BC ).

A 0 = 0 A = 0.

Definici´on

La matriz identidad de orden n es la matriz n × n que tiene unos en la

diagonal principal y ceros en el resto de los elementos:

I

n

Introducci´on al

Algebra lineal y aplicaciones.

I a) Matrices.

Propiedad

Si A ∈ M

m×n

A I

n

= I

m

A = A.

Ejemplo

Dada

A =

matriz de orden 3 × 2, se tiene:

A I 2 =

= I 3 A