Ejercicio resueltos de algebra lineal para computacion (13)

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Kendall Rodŕıguez Bustos..................................................................................................................35
4. Sea p(x) = x3 + x2 − 5 un vector de P3. Exprese a p(x) como combinación lineal de los vectores
x3 − x2 + 3, 3x3 − 2x2 + 3, −x2 + 1.
Solución:
Sean C1, C2, C3 ∈ R tales que:
C1 (x
3 − x2 + 3) + C2 (3x3 − 2x2 + 3) + C3 (−x2 + 1) = x3 + x2 − 5
⇒ (C1 + 3C3)x3 + (−C1 − 2C2 − C3)x2 + (3C1 + 3C2 + C3) = x3 + x2 − 5
Necesariamente se forma el siguiente sistema de ecuaciones:

C1 + 3C2 = 1
−C1 − 2C2 − C3 = 1
3C1 + 3C2 + C3 = −5
Donde obtenemos que C1 =
−13
5
, C2 =
6
5
y C3 =
−4
5
.
Por lo tanto, se puede expresar p(x) =
−13
5
(
x3 − x2 + 3
)
+
6
5
(
3x3 − 2x2 + 3
)
+
−4
5
(
−x2 + 1
)
. �
5. Si se sabe que A = {u, v, w, z} es una base del espacio vectorial V . Determine si el conjunto
B = {v − 3u+ z, 2w − v + z, 2v + u− w, −z − 2v + w} es o no, base de V .
Solución:
Como A es una base de V dichos vectores son 4l.i., es decir:
α1u+ α2v + α3w + α4z = 0⇒ α1 = α2 = α3 = α4 = 0.
Además, como en B hay cuatros vectores, B es una base de V si se cumple que es l.i.
4La abreviación l.i. significa linealmente independiente. En algunos textos es muy común el uso de dicha abrevia-
ción, pero en este material no se abusará de su uso.
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Entonces, sean C1, C2, C3, C4 ∈ R tales que:
C1(v − 3u+ z) + C2(2w − v + z) + C3(2v + u− w) + C4(−z − 2v + w) = 0
(C1 − C2 + 2C3 − 2C4) v + (−3C1 + C3)u+ (C1 + C2 − C4) z + (2C2 − C3 + C4)w = 0
Como u, v, w, z son l.i., entonces se cumple que:

C1 − C2 + 2C3 − 2C4 = 0
−3C1 + C3 = 0
C1 + C2 − C4 = 0
2C2 − C3 + C4 = 0
Despejando en la segunda ecuación C3 = 3C1 y sustituyendo en las otras ecuaciones:

7C1 − C2 − 2C4 = 0
C1 + C2 − C4 = 0
−3C1 + 2C2 + C4 = 0
Donde obtenemos que C1 = 0, C2 = 0, C3 = 0, C4 = 0.
Por lo tanto, B es un conjunto linealmente independiente. Por lo tanto B = {v − 3u+ z, 2w − v +
z, 2v + u− w, −z − 2v + w} es una base de V . �
6. En el grupo abeliano (Z17∗, ·):
(a) Calcule, si es posible, un subgrupo de orden cuatro y otro de orden seis.
Solución:
Por teorema de Lagrange, los posibles subgrupos de (Z17∗, ·) son de orden 1, 2, 4, 8, 16.
Además, tenemos que los inversos de cada elemento son:
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(•
1
)−1
= 1
(•
2
)−1
= 9
(•
3
)−1
= 6
(•
4
)−1
= 13
(•
5
)−1
= 7
(•
6
)−1
= 3
(•
7
)−1
= 5
(•
8
)−1
= 15
(•
9
)−1
= 2
( •
10
)−1
= 12
( •
11
)−1
= 14
( •
12
)−1
= 10
( •
13
)−1
= 4
( •
14
)−1
= 11
( •
15
)−1
= 8
( •
16
)−1
= 16
Observe que no se calcularon los elementos inversos por medio de la tabla de la operación (Z17∗, ·),
pues está claro que no es muy eficiente para la solución de este ejercicio.
Por lo tanto, concluimos que un subgrupo de orden 4 =
{ •
1,
•
4,
•
13,
•
16
}
y un subgrupo de orden 6, no
es posible.
(b) Calcule el resultado de
( •
13
)−1
·
[
•
4 ·
(•
2
)−3]−2
.
Solución:
( •
13
)−1
·
[
•
4 ·
(•
2
)−3]−2
=
•
4 ·
[
•
4 ·
((•
2
)−1)3]−2
=
•
4 ·
[
•
4 ·
(•
9
)3]−2
=
•
4 ·
[•
4 ·
•
15
]−2
=
•
4 ·
[(•
4 ·
•
15
)−1]2
=
•
4 ·
[(•
9
)−1]2
=
•
4 ·
(•
2
)2
=
•
4 ·
•
4
=
•
16 �