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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Plantel Aragón INGENIERIA INDUSTRIAL CLASE: algebra lineal Trabajo PRACTICA GRUPO:8105 NOMBRE DEL PROFESOR: ALBERTO HIGUERA GARCIA NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO FECHA DE ENTREGA: SEPTIEMBRE DEL 2021 TRABAJO DE ALGEBRA LINEAL 1. 𝑠𝑒𝑎 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙 (ℝ2,+, ℝ,. ) 𝑦 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑊1 = {(𝑥, 𝑦)𝜖ℝ2/ 𝑦 = 2𝑥} 𝑦 𝑊2 = {(𝑥, 𝑦)𝜖ℝ2/ 𝑦 = 𝑥 + 1} 𝐷𝑒𝑚𝑜𝑎𝑡𝑟𝑎𝑟 𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 ℝ2 solució n ✓ 𝑊 1 ≠ 0 → 0 ∈ 𝑊 1 ( 0 , 0 ) = − 2 ( 0 ) + 0 = 0 ✓ 𝑊 2 ≠ 0 → 0 ∈ 𝑊 2 ( 0 , 0 ) = − 1 ( 0 ) + 0 = 1 → 0 ≠ 1 ∴ 𝑊 2 = 𝑛𝑜 𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑊 2. 𝑆𝑒𝑎 𝑀2𝑥2 , 𝛪𝛫 = ℝ 𝑢𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑐𝑒𝑠 𝑐𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 ℝ 𝑦 𝑠𝑒𝑎𝑛: 𝑊1 = {[𝑎𝑖𝑗]𝜖𝑀2𝑥2/(𝑎11 + 𝑎12 = 0}, 𝑊2 = {[𝑎𝑖𝑗]𝜖𝑀2𝑥2/(𝑎11 + 𝑎21 = 0}.𝐷𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑊1 𝑦 𝑊2 𝑠𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑉 Solución 𝐷𝑒𝑏𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑟 3 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 ✓ 𝑆𝑖 𝑊 1 , 𝑊 2 ∈ 𝑉 𝑆𝑖 → 𝑊 1 + 𝑊 2 ∈ 𝑉 Datos 𝑊1 = [𝑎𝑎1121 𝑎𝑎1222] ; 𝑊2 = [𝑎𝑎1121 𝑎𝑎1222] 𝑎11 + 𝑎12 = 0 , 𝑎11 + 𝑎12 = 0 Demostración 𝑎 𝑊1 + 𝑊2 = [𝑎1121 𝑎12 𝑎11 𝑎12 2𝑎11 𝑎22] + [𝑎21 𝑎22] = [2𝑎21 2𝑎12 ] 2𝑎22 (2𝑎11 + 2𝑎12) + (2𝑎11 + 2𝑎21) = 0 2(𝑎11 + 𝑎12) + 2(𝑎11 + 𝑎21) = 0 2(0) + 2(0) = 0 ✓ 𝑆𝑒𝑎 𝛼 , 𝛽 ∈ 𝐾 → 𝛼 𝑊 1 + 𝛽 𝑊 2 ∈ 𝑉 𝐷𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝛼𝑊1 + 𝛽𝑊2 = 𝛼 [𝑎𝑎1121 𝑎𝑎1222] + 𝛽 [𝑎𝑎1121 𝑎𝑎1222] 𝛼𝑊1 + 𝛽𝑊2 = [𝛼𝑎𝛼𝑎1121 𝛼𝛼𝑎𝑎1222] + [𝛽𝛽𝑎𝑎1121 𝛽𝛽𝑎𝑎1222] 𝛼𝑊 𝑉 ✓ 𝑆𝑖 𝑊 1 ≠ 0 → 0 ∈ 𝑊 1 𝐷𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎 0𝑊1 = 0 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 0 [𝑎1121 𝑎12 0 𝑎22] = [0 0 ] = 0 0 𝑦 𝑊2 𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑉 3. 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐾 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛 𝑢𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐿. 𝐷 𝑒𝑛 ℝ3. 𝑣1 = (𝑘, − , − ) , 𝑣2 = (− , 𝑘, − ) , 𝑣3 = (− , − , 𝑘 ) Solución ✓ Para que sea LD, se debe cumplir que: 𝑠𝑒𝑎 𝑣 𝑉, 𝐾 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠,… … . 𝑛 𝑣𝑛 = 0 Demostración 𝑆𝑒𝑎𝑛 𝛼, 𝛽, 𝛾 𝐾/𝛼 𝑣1 + 𝛽 𝑣2 + 𝛾 𝑣3 = 0 𝛼 (𝑘, − , − ) + 𝛽 (− , 𝑘, − ) + 𝛾 (− , − , 𝑘 ) = 0 𝛼 𝛼 𝛽 𝛽 𝛾 𝛾 (𝛼𝑘, − , − ) + (− , 𝛽𝑘, − ) + (− , − , 𝛾𝑘 ) = 0 2 2 2 2 2 2 𝛽 𝛾 𝛼 𝛾 𝛾 𝛽 (𝛼𝑘 − − ) , (− + 𝛽𝑘, − ) , (− − + 𝛾𝑘 ) = 0 2 2 2 2 2 2 [(2𝛼𝑘 − 𝛽 − 𝛾 ), (− 𝛼 + 2 𝛽𝑘, − 𝛾), (− 𝛾 − 𝛽 + 2𝛾𝑘 )] = 0 (2𝛼𝑘 − 𝛽 − 𝛾 ) = 0 (−𝛽 − 𝛾) = 0 (− 𝛾 − 𝛽 + 2𝛾𝑘 ) = 0 2𝑘 −1 −1 0 𝑓 2𝑘 + 1 0 −(1 + 2𝑘) 0 𝑓 𝑓 [−1 2𝑘 −1| 0] > [ 0 2𝑘 + 1 −(1 + 2𝑘)|0] ,, −1 −1 2𝑘 0 𝑓2 𝑓3 −1 −1 2𝑘 0 1 0 −1 0 1 0 −1 0 1 0 −1 0 [ 0 1 −1| 0] 𝑓1 + 𝑓3 [0 1 −1 | 0] 𝑓2 + 𝑓3 [0 1 −1 | 0] −1 −1 2𝑘 0 0 −1 2𝑘 − 1 0 0 0 2𝑘 − 2 0 𝛾(2𝑘 − 2) = 0 → 2𝑘𝛾 − 2𝛾 = 0 → 2𝑘𝛾 = 2𝛾 → 𝑘 = 1 𝛽 − 𝛾 = 0 → 𝛽 = 𝛾 𝛼 − 𝛾 = 0 → 𝛼 = 𝛾 ∴ 𝑘 = 𝑅 − { 1 } 4. 𝑆𝑒𝑎 𝑆 = { 𝑣1, 𝑣2, 𝑣3 … … , 𝑣𝑛} ,𝑢𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑉. 𝐷𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑖 𝑢𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑠 𝑐𝑒𝑟𝑜, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑆 𝑒𝑠 𝐿. 𝐷 𝑃𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 ∑ ∝ 𝑖 𝑛 𝑖 = 1 𝑣 𝑖 = 0 , ∝ 𝑖 ≠ 0 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎 𝑙 𝑔𝑢𝑛 ∝ 𝑖 𝐴𝑑𝑒𝑚á𝑠 𝐾 𝑆𝑒𝑎𝑛 𝑣1 = 𝑣11, 𝑣12 , … … 𝑣1𝑛 𝑣2 = 𝑣21, 𝑣22 , … … 𝑣2𝑛 . . . . . . 𝑣𝑛 = 𝑣𝑛1, 𝑣𝑛2 , … … 𝑣𝑛𝑛 𝑘𝑖 𝐾, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖 = 1,2,3, … . . 𝑟 𝑟 = 𝑛 𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑘1𝑣11, 𝑘2𝑣12 , 𝑘3𝑣13 … … 𝑘𝑟 𝑣1𝑛 𝑘1𝑣21, 𝑘2𝑣22 , 𝑘3𝑣23 … … 𝑘𝑟 𝑣2𝑛 . . . . . . 𝑘1𝑣𝑛1, 𝑘2𝑣𝑛2 , 𝑘3𝑣𝑛3 … … 𝑘𝑟𝑣𝑛𝑛 𝑆𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑛 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑦 𝑛 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛, 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑆 𝑒𝑠 𝐿. 𝐼 5. 𝐷𝑒𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 ℝ3: 𝑃 = {(1, 0,−1), (0, −2,1)} , 𝑄 = {(1,−2, 0), (2, −2,−1)} ,𝑅 = {(1, −1,1), (3, 0, 1)} 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 Demostración: Si el conjunto P genera un subespacio W, entonces cualquier vector , es la combinación lineal de (1,0,−1); (0; −2; 1) (𝑥1; 𝑥2𝑥3) = 𝛼1(1,0, −1) + 𝛼2(0; −2;1) = (𝛼1) ; (−2𝛼2) ; (−𝛼1 + 𝛼2) 𝛼1 = 𝑥1 {−2𝛼2 = 𝑥2 𝛼2 − 𝛼1 = 𝑥3 𝑥 𝛼1 = 𝑥1 𝛼2 = − 𝑥3 + 𝑥2 + 𝑥1 = 0 2 Esta igualdad implica que el conjunto P genera un subespacio W 𝑊 Si el conjunto Q genera un subespacio U, entonces cualquier vector , es la combinación lineal de (1,−2,0); (2; −2; −1) (𝑥1; 𝑥2𝑥3) = 𝛽1(1,−2,0) + 𝛽2(2;−2; −1) = (𝛽1 + 2𝛽2) ; (−2𝛽1 − 2𝛽2) ; (−𝛽2) 𝛽1 + 2𝛽2 = 𝑥1 {−2𝛽1 − 2𝛽2 = 𝑥2 −𝛽2 = 𝑥3 𝛽2 = −𝑥3 𝛽2 = 𝑥3 + 𝑥2 + 𝑥1 = 0 − 𝑥 2 + 2 𝑥 3 Esta igualdad implica que el conjunto Q genera un subespacio U 𝑈 Si el conjunto R genera un subespacio V, entonces cualquier vector , es la combinación lineal de (1,−1,1); (3; 0; 1) (𝑥1;𝑥2𝑥3) = 𝛿1(1, −1,1) + 𝛿2(3; 0; 1) = (𝛿1 + 3𝛿2) ; (−𝛿1) ; (𝛿1+𝛽2) 𝛿1 + 3𝛿2 = 𝑥1 { −𝛿1 = 𝑥2 𝛿1 + 𝛿2 = 𝑥3 𝑥 𝛿1 = −𝑥2 𝛿2 = 𝑥3 +𝑥2 −𝑥1 = 0 1 + 𝑥 2 Esta igualdad implica que el conjunto R genera un subespacio V 𝑅 𝑥 Por lo tanto, los conjuntos P, Q Y R no generan el mismo subespacio. 6. 𝐷𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠: 𝑈 𝑦 𝑊 𝑑𝑒 ℝ3.𝑝𝑟𝑜𝑏𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 ℝ3 = 𝑈⨁𝑊 𝑈 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧)𝜖 ℝ3/ 𝑥 + 𝑦 − 𝑧 = 0} 𝑦 𝑊 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧)𝜖 ℝ3/ 2𝑥 − 3𝑦 + 4𝑧 = 0} Solución: Para probar en ℝ3 es la suma directa de U y W, debo demostrar que 𝑈 0 = (0,0,0) Vector nulo. Veamos: 𝑣 𝑣 𝑈 𝑣𝑊 𝑥 + 𝑦 − 𝑧 = 0 ; 2𝑥 − 3𝑦 + 4𝑧 = 0 𝑥 − 𝑧 = −𝑦 {2𝑥 + 4𝑧 = 3𝑦 x −z = −y f1(3) 3x −3z = −3y 2x +4z = 3y 2x +4z = 3x −3z = −3y 2x +4z = 3y 3y = ⎯⎯⎯→ Sumamos este sistema de ecuaciones: 5𝑥 + 𝑧 = 0 → 𝑥 = − 𝑧 , 𝑦 = 𝑧 → 𝑧 = 0 Por lo tanto, el vector: 𝑣 G 𝑣 En consecuencia ℝ3 no es la suma directa de 𝑈 𝑦 𝑊 es decir 𝑈⨁𝑊 7. 𝑆𝑒𝑎 𝑉 = { 𝑎0 + 𝑎1𝑡 + 𝑎2𝑐𝑜𝑠2𝑡 + 𝑎3𝑒3𝑡/ 𝑎1𝜖 ℝ,𝑡𝜖 ℝ} probar que las funciones 𝑓1(𝑡) = 𝑡 − 1 , 𝑓2(𝑡) = 𝑡 + 𝑐𝑜𝑠(2𝑡) , 𝑓3(𝑡) = 2 + 𝑒2𝑡, 𝑓4(𝑡) = −𝑡 + 𝑒2𝑡 Constituyen una base V Demostración: Debo probar dos cosas: 1. Que 𝑓1,𝑓2,𝑓3,𝑓4 , son linealmente independientes. 2. Que 𝑓1, 𝑓2,𝑓3,𝑓4, generan a V. Veamos: · Supongamos que: 𝛼1(𝑡 − 1) + 𝛼2(𝑡 + 𝑐𝑜𝑠(2𝑡)) + 𝛼3(2 + 𝑒2𝑡) + 𝛼4(−𝑡 + 𝑒2𝑡) = 0 (− 𝛼1 + 2𝛼3) + ( 𝛼1 + 𝛼2 − 𝛼4)𝑡 + 𝛼2 𝑐𝑜𝑠 2𝑡 + (𝛼3 + 𝛼4)𝑒 = 0 𝛼2 = 0 Sustituir, obteniéndose: −a1 2a1 +a2 +a2 +2a3 a3 = −a4 = = +a4 = 0 0 0 0 −a1 +2a3 2a1 +a2 +a2 a3 −a4 +a4 = 0 0 −a1 0 0 a2 +a2 0 +2a3 4a3 0 a3 0 −a4 0 +a4 = = = = 0 0 0 0 = f12(2) =⎯⎯⎯→ = 0 0 = 0 0 2𝑡 𝛼1 = 𝛼2 = 𝛼3 = 𝛼4 = 0 Por lo tanto 𝑓1, 𝑓2,𝑓3,𝑓4 son linealmente independientes. · 𝑉se tiene que 𝑔(𝑡) es la combinación lineal de 𝑓1,𝑓2,𝑓3,𝑓4 Es decir: k0 + +kt1 k2cos2t+k e3 3t = + + +af1bf2 cf3 df4 = 𝑎(𝑡 − 1) + 𝑏(𝑡 + 𝑐𝑜𝑠(2𝑡)) + 𝑐(2 + 𝑒2𝑡) + 𝑑(−𝑡 + 𝑒2𝑡) (− 𝑎 + 2𝑐) + ( 𝑎 + 𝑏 − 𝑑)𝑡 + 𝑏 𝑐𝑜𝑠 2𝑡 + (𝑐 + 𝑑)𝑒2𝑡 −a +2c = k0 a +b −d = k1 b = k2 c +d = k3 𝑏 = 𝑘2 Sustituir, obteniéndose: −a 2 0 f1 (1) ⎯⎯⎯→ 0 0 +2c 0 0 b+2 0c −d b 0 0 0 c +d −a +2c 0 0 = f23( 1)− 0 b −2c − −d 2c = ⎯⎯⎯→ 0 0 2c 2c d+ = 0 0 c +d = −a 0 = 0 +2c b 0 = = = = k0 −a k1 f2( 2− c) 0 ⎯⎯⎯→ k2 0 k3 0 k0 −0a k1 −2c f34( 1− /2) ⎯⎯⎯⎯→ 0 2c k k+ −2 1 k3 0 0 0 = −2c − −d 2c = 2c 2c d+ = +2c b b 0 0 0 −2c − −d 2c 0 0 c +d +2c 0 b −2c 0 2c 0 0 0 = − −d 2c = 2c d+ = d− + ) = (2c d 2 k0 k1 −2c 2c k k+ −2 1 = k0 = k1 −2c = k2 = k3 k0 k1 −2c 2c k k+ −2 1 k3 −(2c k k+ −2 1) 2 0 0 0 (d 2c− ) 2 = (2k3 − − +2c k k2 1) 2 𝑐 = 𝑘2 − 𝑘3 − 𝑘1 𝑑 = 2𝑘3 − 𝑘2 + 𝑘1 𝑎 = 2𝑘2 − 2𝑘3 − 2𝑘1 − 𝑘0 𝑏 = 𝑘2 Por lo tanto 𝑘0 = 𝑘1 = 𝑘2 = 𝑘3 = 0 constituyen una base V 8. 𝑆𝑒𝑎 𝑊 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 + 𝑡 = 0},𝑝𝑟𝑜𝑏𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠: {(2,0,0,−2), (8, −2,−4,−2)} 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑊 Demostración: Debo probar dos cosas: 1. Que 𝑣, 𝑤, son linealmente independientes. 2. Que 𝑣, 𝑤 generan a w. · Supongamos: 𝛼1(𝑣) + 𝛼2(𝑤) = (0,0,0,0) 𝛼1(2,0,0,−2) + 𝛼2(8,−2,−4, −2) = (0,0,0,0) (2𝛼1 + 8𝛼2) + (−2𝛼2) + (−4𝛼2) + (−2𝛼1 − 2𝛼2) = (0,0,0,0) 2𝛼1 + 8𝛼2 = 0 { −2𝛼2 = 0 −4𝛼2 = 0 −2𝛼1 − 2𝛼2 = 0 𝛼1 = 𝛼2 = 0 𝛼1 = 𝛼2 = 0 Por lo tanto 𝑣, 𝑤 son linealmente independientes. · Sean (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) un vector cualquiera de que , debo probar que (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)son las combinaciones lineales de 𝑣, 𝑤 (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = 𝑚𝑣 + 𝑛𝑤 (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = 𝑚(2,0,0,−2) + 𝑛(8, −2,−4, −2) Donde los escales 𝑛 𝑦 𝑚 son únicos además expresar en términos de (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = (2𝑚 + 8𝑛) + (−2𝑛) + (−4𝑛) + (−2𝑚 − 2𝑛) 2𝑚 + 8𝑛 = 𝑥 −2𝑛 = 𝑦 { −4𝑛 = 0 −2𝑚 − 2𝑛 = 0 𝑦𝑦 𝑡 𝑛 = − 𝑚 = 2 Por lo tanto (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = 0 forman una base en W 9. 𝐷𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 𝑠𝑖 𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 (1,1,1),(1,2,3),(2, −1,1),𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 ℝ3 Demostración: Debo probar dos cosas: 1. Que 𝑣, 𝑤, 𝑢, son linealmente independientes. 2. Que 𝑣, 𝑤, 𝑢 generan a V. ❖ Supongamos: 𝛽1(𝑣) + 𝛽2(𝑤) + 𝛽3(𝑢) = (0,0,0) 𝛽1(1,1,1) + 𝛽2(1,2,3)+𝛽3(2,−1,1) = (0,0,0) (𝛽1 + 𝛽2 + 2𝛽3) + (𝛽1 + 2𝛽2 − 𝛽3) + (𝛽1 + 3𝛽2 + 𝛽3) = (0,0,0) 1 + 2 + 23 = 0 1 + 2 2 + − 3 = 0 1 + 3 2 + 3 = 0 1+ 1+ 2 = 0 f12( 1)− 1+ 1+ 2 = 0 1+ 1+ 2 = 0 f12( 1)− f13( 2)− 1+ 2+ − =1 0⎯⎯⎯→ +0 1+ − =3 0=⎯⎯⎯→0+ 1+ − =3 0 1+ 3+ 1 = 0 0+ 2+ − =1 0 0+ 0+ 5 = 0 𝛽1 = 𝛽2 = 𝛽3 = 0 Por lo tanto 𝛽1 = 𝛽2 = 𝛽3 = 0 entonces 𝑣. 𝑤. 𝑢 son linealmente independientes. ❖ Sean (𝑥, 𝑦, 𝑧), un vector cualquiera de ℝ3 debo probar que (𝑥, 𝑦, 𝑧), sea una combinación lineal de 𝑣. 𝑤. 𝑢 (𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑎(1,1,1) + 𝑏(1,2,3) + 𝑐(2, −1,1) Sean los escalares 𝑎, 𝑏, 𝑐 son únicos y deben estar expresados en términos de (𝑥, 𝑦, 𝑧) (𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑎(1,1,1) + 𝑏(1,2,3) + 𝑐(2, −1,1) (𝑎 + 𝑏 + 2𝑐) + (𝑎 + 2𝑏 − 𝑐) + (𝑎 + 3𝑏 + 𝑐) Encontrar los valores de 𝑎, 𝑏 y c mediante transformaciones elementales. a+ b+ 2c = x f12( 1)− a+ b+ 2c = x f12( 2)− a+ 2b+ − =c y⎯⎯⎯→ +0 b+ −3c = y x− a+ 3b+ c = z 0+ 0+ 5c = x− +2y z 𝑥 𝑐 = ; 𝑏 = ; 𝑎 = 𝑥 + 𝑦 − 𝑧 En conclusión 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 0 por lo tanto, los vectores 𝑣, 𝑤, 𝑢 pertenecen a 10. 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑢𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑆 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧)/ 3𝑥 − 4𝑦 + 𝑧 = 0},𝑇 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧) 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒𝑚𝑎 , 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑆 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧)/ 3𝑥 − 4𝑦 + 𝑧 = 0} 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑆: 1. 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑟 𝑧 𝑑𝑒 𝑥 2. 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑖𝑟 𝑧 = 4𝑦 − 3𝑥 𝑒𝑛 (𝑥, 𝑦, 𝑧) , 𝑎𝑠𝑖 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑑𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠: (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥, 𝑦, 4𝑦 − 3𝑥) (𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥(1,0, −3) + 𝑦(0,1,4) 3. 𝑈𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑆 𝑒𝑠 {(1,0,−3),(0,1,4)} 4. 𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠, 𝑎𝑓𝑖𝑟𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒: dim (𝑆) = 2 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒𝑚𝑎 , 𝑠𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑇 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧) 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑇: 𝑆𝑒𝑎 𝑣 (𝑥, 𝑦, 𝑧)𝑢𝑛 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑣 𝑆𝑖 𝑣 ⇒ 𝑣 𝑣 𝑥 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑎𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑥 𝑦 𝑦 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑧 𝑥 + 𝑦 = 𝑧 { −2𝑥 − 𝑦 = −𝑧 𝑆𝑢𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑥 = 0 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑖𝑟 𝑧 𝑧 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑣, 𝑠𝑒𝑟𝑎 𝑣 = (𝑥, 𝑦, 𝑧) 𝑣 = (0, 𝑧, 𝑧) 𝑣 = 𝑧(0,1,1) 𝑂 𝑠𝑒𝑎 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 11. 𝐷𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑥 = 𝑦, 2𝑧 = 𝑡} 𝑈 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 𝑥 = 𝑦 = 𝑧 = 𝑡} 𝑎) 𝑈𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 Primero: para que sea una base se debe lo cumplir lo siguiente: ✓ Debe de ser linealmente independiente. 𝑊 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑥 = 𝑦, 2𝑧 = 𝑡} Descomponemos en dos sus espacios: 𝑊1 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑥 = 𝑦} Si son linealmente independiente la combinación lineal de un escalar por el vector debe de ser igual a cero (0). donde 𝑎 𝑢𝑛 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑊 Donde que: 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 𝑐𝑒𝑟𝑜(0)𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑠𝑖 𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒. Hallando la base de 𝑊1. Primero: despejar una de las variables. 𝑊1 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑥 = 𝑦} 2𝑥 = 𝑦 Remplazar el 2x en el vector. (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) =2x, 2x,0,0 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑟. 2x, 2x,0,0= x (2, 2, 0, 0) Entonces. (2, 2, 0, 0) es una base de 𝑊1. 𝑊2 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑧 = 𝑡} Descomponemos en dos sus espacios: 𝑊2 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑧 = 𝑡} Si son linealmente independiente la combinación lineal de un escalar por el vector debe de ser igual a cero (0). donde 𝑎 𝑢𝑛 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑊2 = (0,0,2,2) Donde que: 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 𝑐𝑒𝑟𝑜(0)𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑠𝑖 𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒. Hallando la base de 𝑊2. Primero: despejar una de las variables. 𝑊2 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 2𝑧 = 𝑡} 2𝑧 = 𝑡 Remplazar el 2x en el vector. (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) =0, 0, t, t 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑟. 0, 0, t, t= t (0, 0, 1, 1) Entonces. (0, 0, 1, 1) es una base de 𝑊2. 𝑏) 𝑈𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑇 𝑇 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 𝑥 = 𝑦 = 𝑧 = 𝑡} Donde que , 𝑇 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)𝜖ℝ4/ 𝑥 − 𝑦 − 𝑧 − 𝑡 = 0} Para que sea una base debe de ser linealmente independiente. Si son linealmente independiente la combinación lineal de un escalar por el vector debe de ser igual a cero (0). donde 𝑎 𝑢𝑛 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 Como 𝑒𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑟𝑜(0)𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒. una base te T es: despejar una de las variables x: x=y+ z+ t remplazar x en el vector (x, y, z, t) (x, y, z, t) = (y+ z+ t, y, z, t) Descomponer =y (1, 1, 0, 0) + z (1, 0, 1, 0) + t (1, 0, 0, 1) = (1, 1, 0, 0) + (1, 0, 1, 0) + (1, 0, 0, 1) formas una base. Luego el conjunto de (1, 1, 0, 0), (1, 0, 1, 0), (1, 0, 0, 1) es una base de T 𝑐) 𝑈𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑈𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑊 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) 𝑈 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) 𝑑) 𝐷𝑖𝑚, 𝐷𝑖𝑚,𝐷𝑖𝑚 𝑒) 𝐷𝑖𝑚, 𝑑𝑖𝑚 𝑓) 𝐷𝑖𝑚 , 𝐷𝑖𝑚 12. 𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑟 𝑞𝑢𝑒 , 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒: , 𝐿 𝑇𝑜𝑑𝑜 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑥 𝑠𝑒 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎: 𝑥 𝑦 𝑑𝑎𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑆𝑒 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑆𝑒𝑎 𝑎𝑜𝑟𝑎 , 𝑣 𝑦 𝑣3 = (0,0, 𝛾) 𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒𝑣1 + 𝑣2 + 𝑣3 = 0 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑐𝑒𝑠 𝑣1 + 𝑣2 + 𝑣3 = 0 → (𝛼, 𝛽, 𝛾) = (0,0,0) ⇒ 𝑣1 = 𝑣2 = 𝑣3 = 0 ⇒ 𝛼 = 𝛽 = 𝛾 = 0 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑙𝑢𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 13. 𝑠𝑖 𝑢 𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑤, 𝑑𝑖𝑚𝑦 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢 𝑤 solución · Halla una base para 𝑢 𝑤 ⋂ Donde: 𝑤 = (0,1,0,−1) Solución 𝑢 Donde: 𝑥 Si 𝑤 → (𝑥1,𝑥2,𝑥3,𝑥4) = (2𝑥3,𝑥4,𝑥3,𝑥4) (𝑥1,𝑥2,𝑥3,𝑥4) = 𝑥3,(2,0,1,0) + 𝑥4(0,1,0,1) 𝑢 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 · Hallar la dim(u+w) 𝑑𝑖𝑚(𝑢 + 𝑤) = 𝑑𝑖𝑚 𝑑𝑖𝑚 𝑑𝑖𝑚 𝑑𝑖𝑚(𝑢) = 𝑥1−2𝑥3 = 0 → 𝑥1 = 2𝑥3 , 𝑑𝑖𝑚(𝑤) = 𝑥2 − 𝑥4 = 0 → 𝑥2 = 𝑥4 𝑑𝑖𝑚(𝑢) = 3 𝑑𝑖𝑚(𝑤) = 𝑥2 = 𝑥4 𝑑𝑖𝑚(𝑤) = 3 𝑑𝑖 𝑚 𝑥1 + 𝑥2 − 2𝑥3 − 𝑥4 = 0 𝑥4 = 𝑥1 + 𝑥2 − 2𝑥3 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 (𝑥1,𝑥2,𝑥3,𝑥4) = (𝑥1,𝑥2,𝑥3,𝑥1 + 𝑥2 − 2𝑥3) (𝑥1,𝑥2,𝑥3,𝑥4) = 𝑥1(1,0,0,1) + 𝑥2(0,1,0,1) + 𝑥3(0,0,1,−2) 𝑑𝑖 𝑚 𝑑𝑖𝑚(𝑢 + 𝑤) = 3 + 3 − 3 = 3 ✓ 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢 + 𝑤 Demostración: 𝑢 𝑑𝑖𝑚 dim Entonces ( 𝑢 + 𝑤) = ℝ4 Por lo tanto, una base puede ser: (1,0,0,0); (0,1,0,0); (0,0,1,0); (0,0,0,1) 14. 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛, 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎: 2𝑥1 − 4𝑥2 + 𝑥3 + 𝑥4 = 0 𝑥1 − 5𝑥2 + 2𝑥3 = 0 −𝑥2 − 2𝑥3 − 𝑥4 = 0 𝑥1 − 2𝑥2 − 𝑥3 + 𝑥4 = 0 Solución 𝑆𝑒𝑎 𝑣 = 𝑣1,𝑣2,𝑣3, 𝑣4 𝑣1 = 2𝑥1 − 4𝑥2 + 𝑥3 + 𝑥4 = 0 𝑣2 = 𝑥1 − 5𝑥2 + 2𝑥3 = 0 𝑣3 = −𝑥2 − 2𝑥3 − 𝑥4 = 0 𝑣4 = 𝑥1 − 2𝑥2 − 𝑥3 + 𝑥4 = 0 2 −4 1 1 1 −2 2 0 1 −2 2 0 (10 −−52 −22 0−1) 𝑓𝑓12−−𝑓𝑓44 (00 −−23 −3 1 −11) 𝑓4 − 𝑓1 (00 −−32 −31 −11) 1 −2 −1 1 1 −2 −1 1 0 0 −3 1 1 0 3 −1 𝑓 1 0 3 −1 1 0 0 2− 2 3 𝑓 4 + 3 𝑓 3 𝑓 − 3 𝑓 𝑓 (0 −3 0 0 ) (0 1 0 0 ) −𝑓3 (0 1 0 0 ) 𝑓2 𝑓4 0 −2 −1 1 𝑓3 + 2𝑓2 0 0 −1 1 0 0 1 −1 0 0 −3 1 0 0 −3 1 1 3 0 0 0 −2 𝑓 1 0 0 01 + 𝑓 4 − 𝑓 4 / 2 (00 10 01 00) 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑥1 = 0, 𝑥2 = 0, 𝑥3 = 0, 𝑥4 = 0 𝑓3 + 𝑓4 0 0 0 1 (1,0,0,0), (0,1,0,0), (0,0,1,0), (0,0,0,1) 𝑑𝑖𝑚(𝑣) = 4 16.𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 ℝ3𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎: 𝑥 = 2𝑡 𝑦 = −𝑡 𝑡 𝜖⟨⟩ 𝑧 = +4𝑡 𝑆 = { ( 2 𝑡 , − 𝑡 , 4 𝑡 ) 𝜖 ℝ 3 } 𝑆𝑖 (𝑥, 𝑦, 𝑧) (𝑥, 𝑦, 𝑧) (𝑥, 𝑦, 𝑧) 𝑁𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑆 𝐸𝑠 𝑢𝑛 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 {(2,−1,4)} 𝑒𝑠 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑆
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