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Cap´ıtulo 0
0.1. Modelo 2000 - Opci´on A
Problema 0.1.1 (2 puntos) Dados los vectores −→u = (a, 1 + a, 2 a), −→v = (a, 1 , a) y −→w = (1, a, 1), se pide:
a) (1 punto) Determinar los valores de a para que los vectores −→u , −→v y −→w sean linealmente dependientes.
b) (0,5 puntos) Estudiar si el vector −→c = (3, 3 , 0) depende linealmente de los vectores −→u , −→v y −→w para el caso a = 2. Justificar la respuesta.
c) (0,5 puntos) Justificar razonadamente si para a = 0 se cumple la igualdad −→u · (−→v ∧ −→w ) = 0
Nota: el s´ımbolo ∧ significa producto vectorial.
Soluci´on:
a) (^) ∣ ∣ ∣∣ ∣ ∣
a 1 + a 2 a a 1 a 1 a 1
= a(a^2 − 1)0 =⇒ a = 0, a = ± 1
Si a 6 = 0 y a 6 = ±1 =⇒ −→u , −→v y −→w son Linealmente Independientes.
Si a = 0 o a = ±1 =⇒ −→u , −→v y −→w son Linealmente Dependientes.
b) si a = 2, los tres vectores son linealmente independientes y, por tanto, forman una base. Luego el vector −→c = (3, 3 , 0) es combinaci´on lineal de −→u , −→v y −→w. Veamos de que combinaci´on lineal se trata, tenemos: (^)
−→u = (2, 3 , 4) −→v = (2, 1 , 2) −→w = (1, 2 , 1)
(3, 3 , 0) = a(2, 3 , 4) + b(2, 1 , 2) + c(1, 2 , 1) =⇒
d(P, A) = |
(x − 4)^2 + y^2
d(P, r) =
|x − 1 | 1
=⇒ (x − 4)^2 + y^2 = 4(x − 1)^2 =⇒
x^2 4
y^2 12
b) Se trata de una hip´erbola a^2 = 4 y b^2 = 12, como c^2 = a^2 + b^2 = 16 =⇒ c = 4. Los focos ser´ıan los puntos F ′(− 4 , 0) y F (4, 0).
Problema 0.1.3 (3 puntos) Sea
f (x) =
sin x x
k si x = 0 a) (1 punto) ¿Hay alg´un valor de k para el cual f (x) sea continua en x = 0? b) (1 punto) ¿Hay alg´un valor de k para el cual f (x) sea derivable en x = 0?
c) (1 punto) Determinar sus as´ıntotas.
Soluci´on:
a) l´ım x−→ 0
sin x x
ã = l´ım x−→ 0
sin x + 2x x
ï 0 0
ò = l´ım x−→ 0
cos x + 2 1
Para que f sea continua en x = 0 =⇒ k = 3 b) Para que f sea derivable en x = 0 primero debe de ser continua, luego k = 3. Ahora se estudia si es derivable con este valor:
f ′(0) = l´ım h−→ 0
f (0 + h) − f (0) h
= l´ım h−→ 0
sin h h + 2^ −^3 h
= l´ım h−→ 0
sin h − h h^2
ï 0 0
ò = l´ım h−→ 0
cos h − 1 2 h
ï 0 0
ò = l´ım h−→ 0
− sin h 2
En conclusi´on, para que una funci´on sea derivable antes tiene que ser continua y por tanto k = 3. Y en este caso tambi´en se cumple f ′(0−) = f ′(0+) y es derivable.
c) As´ıntotas:
sin x x
ã = 2 =⇒ y = 2
Problema 0.1.4 (3 puntos) Sea el sistema
−x+ λy+ 2 z = λ 2 x+ λy− z = 2 λx− y+ 2 z = λ
a) (1 punto) Discutir la compatibilidad del sistema seg´un los diversos valores de λ.
b) (1 punto) Resolver el sistema para λ = −1.
c) (1 punto) Resolver el sistema para λ = 2.
Soluci´on:
a)
− 1 λ 2 λ 2 λ − 1 2 λ − 1 2 λ
é
, |A| = − 3 λ^2 − 6 λ − 3 = 0 =⇒ λ = − 1
A =
é
Como tiene dos filas iguales y el menor
∣∣ = 3 6 = 0 tenemos que Rango(A) =
2 =Rango(A) Calculamos la abscisa del punto de corte de ambas gr´aficas en funci´on del par´ametro a:
x^2 = a =⇒ x = ±
a
Elegimos la soluci´on positiva porque as´ı nos lo indica el enunciado del problema. Tenemos, por tanto, que cuando x =
a ambas curvas se cortan (x 0 , y 0 ) = (
a, a) y la posici´on de las curvas cambia, de manera que, la que estaba por encima pasar´a a estar debajo. Es decir,
∫ √a
0
(a − x^2 ) dx =
√a^ (x
(^2) − a) dx =⇒
ax −
x^3 3
ò√a
0
x^3 3
− ax
ò√a
0
=⇒ a =
Problema 0.2.3 (3 puntos)
a) (1 punto) Encontrar la distancia del punto P (1, − 1 , 3) a la recta que pasa por los puntos Q(1, 2 , 1) y R(1, 0 , −1).
b) (1 punto) Hallar el ´area del tri´angulo cuyos v´ertices son los puntos P , Q y R.
c) (1 punto) Encontrar todos los puntos S del plano determinado por P , Q y R de manera que el cuadril´atero de v´ertices P , Q, R y S sea un paralelogramo.
Soluci´on:
a) Calculamos la ecuaci´on de la recta r que pasa por Q y R: ® (^) −−→ QR = (0, − 2 , −2) Q(1, 2 , 1)
x = 1 y = 2 − 2 λ z = 1 − 2 λ
i
j
k 0 − 2 − 2 0 − 3 2
d(P, r) =
u
b) Tenemos ® (^) −−→ QP = (0, − 3 , 2) −−→ QR = (0, − 2 , −2)
QR| = 5 u^2
c) El plano π que contiene a los puntos P , Q y R es el siguiente
π :
0 0 x − 1 − 3 − 2 y 2 − 2 z + 1
∣∣ = 10(x^ −^ 1) = 0 =⇒^ π^ :^ x^ −^ 1 = 0
Sean P , Q y R v´ertices consecutivos, entonces S = P +
Sean P , R y Q v´ertices consecutivos, entonces S = P +
Sean Q, P y R v´ertices consecutivos, entonces S = Q +
Sean Q, R y P v´ertices consecutivos, entonces S = Q +
Sean R, P y Q v´ertices consecutivos, entonces S = R +
Sean R, Q y P v´ertices consecutivos, entonces S = R +
Los puntos S son (1, − 3 , 1), (1, 1 , 5) y (1, 3 , −3). Todos ellos est´an contenidos en el plano π
Problema 0.2.4 (3 puntos)
a) (1 punto) Encontrar los valores de λ para los que la matriz
λ − 1 1 − 1 0 λ − 2 1 λ 0 2
é
es invertible.
b) (1 punto) Para λ = 2, hallar la inversa de A y comprobar el resultado.
c) (1 punto) Resolver el sistema
x y z
é
=
é
para λ = 1
Soluci´on:
Problema 0.3.2 (2 puntos)
a) Determinar el centro y el radio de la esfera:
x^2 + y^2 + z^2 − 2 x + 4y + 8z − 4 = 0
b) Determinar el centro y el radio de la circunferencia intersecci´on de la esfera del apartado anterior con el plano z = 0.
Soluci´on:
a) (^)
− 2 a = − 2 − 2 b = 4 − 2 c = 8 a^2 + b^2 + c^2 − r^2 = − 4
a = 1 b = − 2 c = − 4 r = 5 Esfera de centro (1, − 2 , −4) y radio r = 5.
b) Al cortar la esfera con el plano z = 0 nos queda la circunferencia:
x^2 + y^2 − 2 x + 4y − 4 = 0
− 2 a = − 2 − 2 b = 4 a^2 + b^2 − r^2 = − 4
a = 1 b = − 2 r = 3 Circunferencia de centro (1, − 2 , 0) y radio r = 3.
Problema 0.3.3 (3 puntos) Para una matriz cuadrada, se define su traza como la suma de los elementos de la diagonal principal. En lo que sigue, A y B son matrices cuadradas 2 × 2.
a) (0,5 puntos) Comprobar que se verifica:
T raza(A + B) = T raza(A) + T raza(B)
b) (1 punto) Comprobar que T raza(A · B) = T raza(B · A)
c) (1 punto) Utilizando los resultados anteriores, demostrar que es imposible tener AB−BA = I, donde I denota la matriz identidad.
d) (0,5 puntos) Encontrar dos matrices A y B para las que:
T raza(AB) 6 = T raza(A) · T raza(B)
Soluci´on:
a) Sean A =
a 1 a 2 a 3 a 4
ã , A =
b 1 b 2 b 3 b 4
ã
T raza(A) = a 1 + a 4 , T raza(B) = b 1 + b 4 T raza(A) + T raza(B) = a 1 + b 1 + a 4 + b 4
a 1 a 2 a 3 a 4
ã
b 1 b 2 b 3 b 4
a 1 + b 1 a 2 + b 2 a 3 + b 3 a 4 + b 4
ã
=⇒ T raza(A + B) = a 1 + b 1 + a 4 + b 4 Luego: T raza(A + B) = T raza(A) + T raza(B) b) A · B =
a 1 a 2 a 3 a 4
ã ·
b 1 b 2 b 3 b 4
a 1 b 1 + a 2 b 3 a 1 b 2 + a 2 b 4 a 3 b 1 + a 4 b 3 a 3 b 2 + a 4 b 4
ã
b 1 b 2 b 3 b 4
ã ·
a 1 a 2 a 3 a 4
a 1 b 1 + a 3 b 2 a 2 b 1 + a 4 b 2 a 1 b 3 + a 3 b 4 a 2 b 3 + a 4 b 4
ã
ß T raza(AB) = a 1 b 1 + a 2 b 3 + a 3 b 2 + a 4 b 4 T raza(BA) = a 1 b 1 + a 3 b 2 + a 2 b 3 + a 4 b 4 =⇒ T raza(AB) = T raza(BA)
c) Suponemos que la igualdad es cierta, es decir: AB − BA = I =⇒ AB = BA + I =⇒ T raza(AB) = T raza(BA + I) =⇒ T raza(AB) = T raza(BA) + T raza(I), como T raza(AB) = T raza(BA) =⇒ 0 = 2 Luego esta igualdad es falsa.
d) Sea A una matriz cualquiera y B = I
A =
ã , B =
ã
A · B = A =⇒ T raza(A · B) = T raza(A) = 4, T raza(B) = 2 T raza(A) · T raza(B) = 4 · 2 = 8 Luego T raza(A · B) 6 = T raza(A) · T raza(B)
Problema 0.3.4 (3 puntos) Sea f (x) = ax^3 + bx^2 + cx + d un polinomio que cumple f (1) = 0, f ′(0) = 2, y tiene dos extremos relativos para x = 1 y x = 2.
a) (2 puntos) Determinar a, b, c y d.
b) (1 punto) ¿Son m´aximos o m´ınimos los extremos relativos?
Soluci´on:
a) f (x) = ax^3 + bx^2 + cx + d, f ′(x) = 3ax^2 + 2bx + c
f (1) = 0 =⇒ a + b + c + d = 0 f ′(1) = 0 =⇒ 3 a + 2b + c = 0 f ′(2) = 0 =⇒ 12 a + 4b + c = 0 f ′(0) = 2 =⇒ c = 2
a = 1/ 3 b = − 3 / 2 c = 2 d = − 5 / 6 La funci´on ser´a: f (x) =
x^3 −
x^2 + 2x −
b) Calculamos la segunda derivada
f ′′(x) = 2x − 3 =⇒
ß f ′′(1) = − 3 < 0 =⇒ M´aximo f ′′(2) = 1 > 0 =⇒ M´inimo
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