Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES Recordamos algunos conceptos que ya utilizamos en unidades anteriores y a los que haremos referencia en adelante. • Una ecuación es una igualdad que contiene uno o más números desconocidos llamados incógnitas. • Plantear una ecuación significa expresar en símbolos matemáticos una condición planteada con palabras, es una traducción del lenguaje corriente al lenguaje matemático. • Resolver una ecuación es encontrar el valor de la incógnita (o incógnitas) que hace verdadera la igualdad. A estos valores se los llama solución de la ecuación. • Resolver una ecuación significa hallar todas las soluciones si las tiene o demostrar que no las tiene. • Cuando un número es solución de una ecuación suele decirse que “satisface” o “verifica” la ecuación. • Cada paso que damos para resolver una ecuación la transforma en otra más simple. Se forman así ecuaciones equivalentes la última de las cuales es la solución. ECUACIÓN LINEAL CON DOS INCÓGNITAS Una ecuación lineal con dos incógnitas es toda expresión del tipo ax + by = c siendo a, b y c números reales, a y b diferentes de 0 y x e y son las incógnitas. Por ejemplo 3x – y - 2 = 2y + 4 es una ecuación de primer grado con dos incógnitas. Para resolver una ecuación de este tipo, se necesita encontrar un par de valores que asignados a las incógnitas satisfacen la ecuación. Sea por ejemplo la ecuación: x – y = 5. Una solución de la misma es x = 8 e y = 3 ya que 8 – 3 = 5. Pero no es la única. También lo son: • x = 100; y = 95 pues 100 – 95 = 5 • x = 5; y = 0 pues 5 – 0 = 5 • x = 3; y = -2 pues 3 – (-2) = 5 • x = 0; y = - 5 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 1 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales A cada una de las soluciones encontradas se la puede escribir como un par ordenado de números reales: (100; 95); (-5; -10); (3; -2); (0; -5) donde el primer valor es el que se le asigna a “x” y el segundo es el valor de “y” obtenido al reemplazar ”x” en la ecuación dada. Si la ecuación dada se escribe en forma equivalente y = x – 5; cada par ordenado que es solución de la misma tiene la forma (x; y = x - 5), con x e y números reales. Se observa que hay infinitos pares de números que cumplen la condición de que su diferencia es 5. Gráficamente, las soluciones de la ecuación x – y = 5 pertenecen a una recta. Al conjunto de soluciones se lo puede expresar mediante: S = {(x; y) ∈ ℜ2 / y = x - 5} Con ℜ2 indicamos el plano real. Para recordar • Toda ecuación lineal con dos incógnitas admite un número infinito de soluciones. • Los pares ordenados que representan todas las soluciones de una ecuación lineal o de primer grado con dos incógnitas pertenecen a una recta. SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES CON DOS INCÓGNITAS Sistemas de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas Un sistema de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas -también llamado sistema lineal 2x2- es un par de ecuaciones consideradas simultáneamente: =+ =+ 22221 11211 b aa b aa yx yx donde a11; a12; a21; a22; b1 y b2 son números conocidos. Mientras que x e y son desconocidos. A los números: • a11; a12; a21; a22; se los llama coeficientes del sistema • b1 y b2 se los llama términos independientes • x e y son las incógnitas del sistema. Cada una de las ecuaciones que forma el sistema es una ecuación de primer grado con dos incógnitas. (0; -5) (3; -2) (5; 0) x - y = 5 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 2 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Con la expresión “sistema de ecuaciones” se indica que deben cumplirse simultáneamente las condiciones que cada una de las ecuaciones plantea. Por ejemplo: =− =+ 8yx 14yx es un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas. Este sistema puede pensarse como una interpretación del siguiente enunciado: “La suma de dos números reales es 14 y su diferencia es 8” La primera ecuación x + y = 14 tiene infinitas soluciones. Por ejemplo, (6; 8); (0; 14); (11; 3); (-2; 16) son algunas de ellas. La segunda ecuación x – y = 8 tiene infinitas soluciones. Por ejemplo: (10; 2); (-5; 13); (11; 3); (100; 92) son algunas de ellas. Pero sólo un par de estos números satisface las dos ecuaciones. (11; 3) ya que verifica que su suma es 14 y su diferencia es 8. Resolución de sistemas de ecuaciones lineales Para resolver un sistema de ecuaciones hay que realizar en ellas ciertas transformaciones que las simplifiquen y que mantengan sus soluciones. Será válida toda transformación que permita pasar de un sistema a otro equivalente. Dos sistemas de ecuaciones se dicen equivalentes cuando tienen las mismas soluciones. Por ejemplo: = =+ =− =+ 8 y-x 282y2x y 8yx 14yx son equivalentes pues ambos tienen como única solución x = 11; y = 3. • Al reemplazar en el primer sistema es: 11+ 3 = 14 y 11 – 3 = 8 • Al reemplazar en el segundo sistema es: 2.11 + 2.3 = 28 y 11 – 3 = 8 También son equivalentes los sistemas: 3y -x 173y -5x y 7yx2 5yx = = =− =+ pues ambos tienen como única solución x = 4; y = 1. • Al reemplazar en el primer sistema es: 4 + 1 = 5 y 2. 4 –1 = 8 – 1 = 7 • Al reemplazar en el segundo sistema es: 5. 4 – 3.1 = 20 - 3 = 17 y 4 – 1 = 3 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 3 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Resolución algebraica de un sistema de ecuaciones Resolver un sistema de ecuaciones significa encontrar todas sus soluciones o demostrar que no tiene solución. Hay distintas maneras de resolver un sistema de ecuaciones en forma algebraica. Recordamos aquí: • El método de sustitución • El método de reducción o eliminación de Gauss. Método de sustitución Consiste en: 1. Elegir una de las dos incógnitas. 2. Aislar las incógnitas seleccionada en una de las ecuaciones. 3. Reemplazar el valor de la incógnita seleccionada en la ecuación restante, con lo que se obtiene una ecuación de primer grado con una incógnita. 4. Resolver la ecuación resultante con el fin de hallar el valor de la incógnita. 5. Reemplazar el valor encontrado en la expresión hallada en el paso 2 para obtener la otra incógnita. 6. Verificar la solución obtenida en ambas ecuaciones. Ejemplo 1 Resolver −=− −=+ 1yx3 12y2x Solución x = –12 – 2y Elegida “x” se la despeja en la primera ecuación 3 (-12 –2y) – y = -1 Se reemplaza el valor de la incógnita en la segunda ecuación. - 36 –6y –y = -1 -36 –7y = -1 -7y = -1 + 36 -7y = 35 y = 35 : -7 y = -5 Se resuelve la ecuación resultante con el fin de hallar “y” x = -12 - 2(-5) Se reemplaza el valor de y hallado en x = -12 –2y x = -12 +10 x = -2 Operando (-2) + 2(-5) = -2 –10 = -12 3(-2) – (-5) = -6 + 5 = -1 Verificamos que los valores hallados satisfacen ambas ecuaciones. Luego es S = {(-2; -5)} Damos la solución del sistema. UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 4 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Método de eliminación o método de Gauss Dado un sistema lineal =+ =+ 22221 11211 b aa b aa yx yx se trata de transformarlo en otro equivalente de la forma: = =+ nn2 11211 b ya b yaxa aplicando sucesivamente alguna de las siguientes operaciones: • Intercambiar las ecuaciones • Cambiar el orden de las incógnitas en las dos ecuaciones. • Multiplicar ambos miembros de una ecuación por un número distinto de cero. • Sumar y restar miembro a miembro dos ecuaciones y reemplazar una de ellas por la suma o diferencia. Ejemplo 2 Resolver =+ =− 1y3x2 5yx2 Solución =+ =− 1y3x2 5yx2 Al observar el sistema se ve que el coeficiente de x en las dos ecuaciones es el mismo. −=−− =− 15y3y 5yx2 Se restan miembro a miembro las ecuaciones para eliminar la “x” en la segunda. −= =− −= =− =− =− 1y 5yx2 )4(:4y 5yx2 4y4 5yx2 Operando resultan los sistemas equivalentes. 2x – (-1) = 5 El valor de y se reemplaza en la primera ecuación para hallar x. 2x + 1 = 5 2x = 5 – 1 2x = 4 x = 2 Se obtiene el valor de x. 2.2 –(-1) = 4 + 1 = 5 2.2 + 3(-1) = 4 – 3 = 1 Verificamos si los valores hallados satisfacen ambas ecuaciones. Luego la solución es S = {(2; -1)} UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 5 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Ejemplo 3 Resolver =+ =− 1 yx3 5y3x2 Solución En el sistema dado las incógnitas tienen distintos coeficientes en las dos ecuaciones. Cuando esto sucede conviene observar para cuál de las dos incógnitas es más fácil igualar los valores absolutos de sus coeficientes. En este caso elegimos la y. =+ =− 3y3x9 5y3x2 Multiplicando la segunda ecuación por resulta el sistema equivalente. = =− = =− +=+ =− 11 8x 5y3x2 8x11 5y3x2 35 x9x2 5y3x2 En el sistema resultante los términos en y tienen sus coeficientes iguales en valor absoluto pero de distinto signo. Para eliminar y en la segunda ecuación sumamos las dos ecuaciones y reemplazamos la segunda, obteniendo sistemas equivalentes al dado. y 11 13 y35 11 16 5y3 11 8.2 = − =− =− En el último sistema se halló el valor de x. Reemplazando en la primera ecuación. Operando convenientemente hallamos el valor de y. 11 8 x 5 11 133x2 = = − ⋅− El valor de y hallado lo reemplazamos en la primera ecuación para hallar x. 1 11 11 11 13 11 24 11 13 11 83 5 11 55 11 39 11 16 11 133 11 82 ==−= − +⋅ ==+= − −⋅ Se verifica que los valores de x e y hallados verifican las dos ecuaciones del sistema. Como los valores hallados verifican el sistema concluimos que −= 11 13; 11 8S En los ejemplos que planteamos de sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas, siempre encontramos una solución. Pero puede suceder también que el sistema • tenga infinitas soluciones. • no tenga solución Un sistema que: • tiene una única solución se dice compatible determinado • tiene infinitas soluciones se dice compatible indeterminado • ninguna solución se dice incompatible UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 6 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Resolución gráfica de un sistema de ecuaciones lineales con dos incógnitas Cada una de las ecuaciones que forman un sistema de ecuaciones del tipo es una ecuación lineal con dos incógnitas. Si se las considera en forma independiente, el conjunto de soluciones está representado por una recta en el plano. Para determinar la solución de un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas puede representarse la gráfica de las dos ecuaciones y determinar si existen el punto o los puntos comunes a ambas gráficas. Ejemplo 4 Resolver gráficamente =+ −=− 6 y2x 2y4x3 Solución Para graficar las rectas escribimos el sistema en la forma +−= += −= −−−= 3x 2 1y 2 1x 4 3y Operando 2:)x6(y 4:)x32(y Para representar cada ecuación basta con elegir dos puntos. Por ejemplo; en la primera ecuación: (0; ½) y (-2/3; 0). en la segunda ecuación: (0; 3) y (6; 0) Las dos rectas se cortan en el punto (2; 2). Verificamos si esta es la solución del sistema reemplazando en la primera ecuación: 3.2 –4.2 = 6 – 8 = -2 vemos que la satisface. Reemplazando en la segunda 2 + 2.2 = 2 + 4 = 6 también la satisface. Concluimos que S = {(2; 2)} (verifiquenlo analíticamente) =+ =+ 22221 11211 b yaxa b yaxa 2 2 x +2y = 6 3x – 4y = -2 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 7 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Ejemplo 5 Resolver gráficamente −=+ =−+ y21x2 0 2yx Solución Escribimos el sistema en la forma: −−= +−= 2 1xy 2xy Y representamos las rectas eligiendo, por ejemplo: • Para la primera ecuación los puntos (0; 2) y (1; 1) • Para segunda ecuación los puntos (0; -1/2) y (-1/2; 0) Observamos que las rectas no tienen mingún punto en común. Concluimos que el sistema es incompatible, es decir no tiene solución Ejemplo 6 Resolver gráficamente =+− −=− 06y6x9 2y2x3 Solución Al aislar y en las dos ecuaciones y resolver las operaciones iindicadas resulta += += − −− = − −− = 1x 2 3y 1x 2 3y 6 6x9y 2 2x3y Las dos ecuaciones resultantes son iguales, por lo que el sistema tiene infinitas soluciones que están todas sobre la recta de ecuación 1x 2 3y += Por ejemplo los pares ordenados (0 1) y (2; 4) verifican el sistema. En general lo verifica cualquier par ordenado de la forma: + 1x 2 3;x Se trata de un sistema indeterminado (verifiquenlo) x + y – 2 = 0 2x + 1 = – 2y UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 8 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Sistemas de ecuaciones y resolución de problemas Para resolver problemas en cuya solución interviene más de una variable, el proceso es esencialmente el mismo que para aquellos en los que interviene sólo una, solo que aquí la respuesta al problema se alcanza resolviendo un sistema de ecuaciones lineales. Ejemplo 7 Esteban pagó una cuenta de $300 con billetes de $2 y de $5. En total empleó 90 billetes para hacer el pago. ¿Cuántos billetes de cada valor utilizó? Solución Las variables son la cantidad de billetes de $2 y de $5 que utilizó. Designemos con x e y la cantidad de billetes de $2 y de $5 que utilizó. Además x e y deben ser números naturales. Buscamos la forma de expresar las condiciones que deben cumplir las variables: • En total empleó 90 billetes se lo puede escribir como x + y = 90 • Pagó la cuenta de $300 con billetes de $2 y de $5, como 300 = 2x + 5y Resolvemos el sistema por el sistema, por ejemplo por el método de sustitución: Aislando “y” en la primera ecuación es y = 90 – x. Reemplazando en la segunda ecuación: 2x + 5(90 –x) = 300 Operando 2x + 450 – 5x = 300 Asociando los términos en x: -3x + 450 = 300 Restando miembro a miembro 450:- 3x = -150 Dividiendo miembro a miembro por –3: x = 50. Reemplazamos en y = 90 – x: y = 90 – 50 y = 40. Finalmente analizamos los resultados obtenidos y damos la respuesta. a. Se comprueba que x = 50 e y = 40 satisfacen las ecuaciones del sistema pues: • Sumados dan 90: 50 + 40 = 90 • Y cumplen que 2x + 5y = 300 2.50 + 5. 40 = 100 + 200 = 300 b. Además x e y son números naturales. Concluimos que la solución del sistema es S = {(50; 40)}. Luego, Esteban utilizó 50 billetes de $2 y 40 billetes de $50. (no olviden verificar el resultado) Ejemplo 8 Gustavo es dueño de un negocio y quiere saber cuánto dinero entró en la caja durante el fin de semana. Sabe que cuando el sábado abrió la caja la misma estaba vacía y que el domingo al cerrarla había $400. Además recuerda que el domingo se hicieron 52$ más que el sábado. UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 9 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Solución Las incógnitas del problema son la cantidad de dinero que entró el sábado y la cantidad de dinero que entró el domingo. Llamemos s y d a las incógnitas que representan esas cantidades. Lo que entró en la caja el sábado y lo que entró el domingo lo simbolizamos mediante: s + d = 400 Y que el domingo se hicieron $52 más que el sábado, mediante d = s + 52 Con estas dos ecuaciones planteamos el sistema: += =+ 52sd 400ds Resolvemos el sistema sustituyendo d en la primera ecuación: s + (s + 52) = 400. De donde es s = 174. Reemplazando en la segunda ecuación: d = 174 + 52 d = 226. Se verifica que la solución del sistema es S = {(174; 226)}. Luego el sábado entraron en la caja $174 y el domingo $226 (no olviden verificar el resultado) Sistemas de ecuaciones lineales con tres incógnitas Consideremos ahora sistemas de ecuaciones lineales con tres incógnitas de la forma: =++ =++ =++ 3333231 2232221 1131211 b zayaxa b zayaxa b zayaxa donde a11; a12; a13; a21; a22; a23; a31; a32; a33; b1; b2 y b3 son números conocidos, mientras que x e y son desconocidos. A los números: • a11; a12; a13; a21; a22; a23; a31; a32; a33 se los llama coeficientes del sistema. • b1; b2 y b3 se los llama términos independientes • x , y, z son las incógnitas del sistema. Por ejemplo; =+−− =−+ =++ 022 12 4 zyx zyx zyx Es un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas donde: • los coeficientes de x son: 1; 1 y -1. UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 10 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales • los coeficientes de y son: 1; 2 y -2 • los coeficientes de z son: 1; -1 y 2 • 4; 1 y 0 los términos independientes. Cada ecuación que constituye el sistema representa un plano. Podemos verificar que las soluciones del sistema son: x = 4; y = -1; z = 1, que podemos escribir como una terna ordenada: (4; -1; 1) Para recordar Si los coeficientes a. b y c son tres números reales no simultáneamente nulos la gráfica de la ecuación ax + by + cz + d = 0 es un plano en el espacio ℜ3 Para resolver un sistema lineal 3 x3 podemos usar los mismos procedimientos que los utilizados para sistemas 2 x 2. Vamos a centrarnos en el método de eliminación de Gauss. Recordemos que al usar este método, dado un sistema lineal de la forma =++ =++ =++ 3333231 2232221 1131211 b zayaxa b zayaxa b zayaxa se trata de transformarlo en otro equivalente de la forma: = =+ =++ nn3 mmm 1131211 b za bzaya b zayaxa 32 aplicando sucesivamente alguna de las siguientes operaciones: • Intercambiar las ecuaciones • Cambiar el orden de las incógnitas en las dos ecuaciones. • Multiplicar ambos miembros de una ecuación por un número distinto de cero. • Sumar y restar miembro a miembro dos ecuaciones y reemplazar una de ellas por la suma o diferencia. Resolvemos un ejemplo. Ejemplo 9 =−+ =++ =++ 1 2435 123 zyx zyx zyx Solución Para comenzar, cambiemos el orden de las ecuaciones, dejando en primer lugar la que tiene el coeficiente de x igual a 1. =++ =++ =−+ 123 2435 1 zyx zyx zyx y llamemos E1, E2 y E3 a la primera, segunda y tercera ecuación respectivamente: UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 11 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales =++ =++ =−+ 3 2 1 123 2435 1 Ezyx Ezyx Ezyx Entonces para eliminar el término en x de la segunda ecuación multiplicamos la primera ecuación por 5, le restamos la segunda y ponemos como segunda ecuación el resultado de la operación. Lo anotamos 5 E1 – E2 → E2 5 E1 → 5x+ 5y – 5z = 5 E2 → 5x+ 3y +4z = 2 5 E1 – E2 → 2y – 9 z = 3 Y reemplazamos la tercera ecuación haciendo: 3 E1 – E3 → E3 3 E1 → 3x+ 3y – 3z = 3 E3 → 3x+ 2y + z =1 3 E1 – E3 → 1y – 4 z =2 Luego: =++ =++ =−+ 123 2435 1 zyx zyx zyx =− =− =−+ 24 392 1 zy zy zyx Ahora nos proponemos transformar la tercer ecuación de modo de eliminar el término en y. Para ello restamos de la segunda ecuación, la tercera multiplicada por 2: E2 → 2y – 9 z = 3 2E3 → 2y – 8z =4 E2 – 2 E3 → z =-1 =++ =++ =−+ 123 2435 1 zyx zyx zyx =− =− =−+ 24 392 1 zy zy zyx −= =− =−+ 1 392 1 z zy zyx En este último paso, conseguimos un sistema equivalente al original, en forma escalonada. Y nos resulta fácil encontrar las soluciones. • De la última ecuación es z = -1. • Reemplazamos en la segunda y obtenemos y = 6 • Y luego reemplazamos esos dos valores en la primera para obtener x = - 4 Luego, la solución del sistema es: x = -4; y = 6; z = -1 que podemos escribir como S= {(-4; 6; -1)} (Conviene verificar las soluciones) 5 E1 – E2 3 E1 – E3 5 E1 – E2 3 E1 – E3 (Observar que indicamos la transformación) E2 – 2E3 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 12 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Un sistema de ecuaciones lineales con tres incógnitas puede tener: • una única solución. En este caso se dice compatible determinado • infinitas soluciones. En este caso se dice compatible indeterminado • ninguna solución. En este caso se dice incompatible Ejemplo 10 Resolvemos el sistema: =+− =+− =+ 0152 15762 432 zyx zyx zy Intercambiemos el orden de las ecuaciones, =+− =+ =+− 15762 432 0152 zyx zy zyx De este modo dejamos como primera ecuación la que tiene el coeficiente de x igual a 1, y como segunda ecuación el coeficiente de x igual a cero. Y llamamos E1, E2 y E3 a la primera, segunda y tercera ecuación respectivamente: =+− =+ =+− 3 2 1 15762 432 0152 Ezyx Ezy Ezyx Necesitamos eliminar el término en x de la tercera ecuación. Transformamos E3 haciendo 2 E1 – E3 → E3 =+ =+ =+− =+− =+ =+− 532 432 0152 15762 432 0152 zy zy zyx zyx zy zyx Para eliminar el término en y de la tercera ecuación, directamente restamos E3 de E2: E2 – E3 → E3 =+ =+ =+− =+− =+ =+− 532 432 0152 15762 432 0152 zy zy zyx zyx zy zyx −= =+ =+− 10 432 0152 zy zyx Al hacerlo llegamos a un absurdo ya que no puedes ser 0 = -1. Para el sistema de ecuaciones, significa que el mismo no tiene solución por lo que decimos que es incompatible. 2 E1 – E3 2 E1 – E3 E2 – E3 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 13 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Ejemplo 11 Resolvemos el sistema =+ =+ =++ 0 02 024 zx yx zyx Observamos que en este sistema todos los términos independientes son iguales a cero. Estos sistemas se denominan homogéneos. Para hallar sus soluciones procedemos utilizando el método de eliminación de Gauss. Comenzamos por cambiar el orden de las ecuaciones. =++ =+ =+ 024 02 0 zyx yx zx Y llamamos E1, E2 y E3 a la primera, segunda y tercera ecuación respectivamente Queremos eliminar el término en x de la segunda y la tercera ecuación. Hacemos: • 2E1 - E2 → E2 • 4E1 – E3 → E3 =+− =+− =+ =++ =+ =+ 02 02 0 024 02 0 zy zy zx zyx yx zx Y sumamos E2 y E3 para eliminar el término en y de la tercer ecuación: E2 – E3 → E3 =+− =+− =+ =++ =+ =+ 02 02 0 024 02 0 zy zy zx zyx yx zx =+ =+− =+ 000 02 0 zy zx Al hacerlo la última ecuación nos quedó igual a cero – ya que es una combinación de las dos primeras- . Queda el sistema equivalente: =+− =+ =++ =+ =+ 02 0 024 02 0 zy zx zyx yx zx De la primera ecuación, tenemos que x = -z De la segunda ecuación. y = 2z Como z es un número real puede tomar infinitos valores, Por lo que x e y también ya que dependen de z. Luego el sistema tiene infinitas soluciones, de la forma: S = {(-z; 2z; z); z ∈ℜ} De este sistema decimos que es compatible indeterminado. Al darle un valor a z encontramos una solución particular del sistema. 2E1 - E2 4E1 – E3 2E1 - E2 4E1 – E3 E2 – E3 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 14 UBA XXI Modalidad virtual Matemática para Agronomía y Ciencias Ambientales Por ejemplo • si z = 2 una soluión particular es (-2; 4; 2) • si z = 0 una soluión particular es (0; 0; 0) • si z = -1 una soluión particular es (1; -2; -1) Ejemplo 12. Resolver el sistema =+− =+− 232 132 zyx zyx Este sistema tiene 2 ecuaciones y tres incógnitas por lo que podemos suponer que es un sistema compatible indeterminado o un sistema incompatible. Para que sea determinado deberíamos tener tres ecuaciones y ninguna de ellas ser combinación de las demás. Para resolverlo procedemos del mismo modo utilizando el método de Gauss. Reordenamos las ecuaciones: =+− =+− 232 132 zyx zyx =+− =+− 132 232 zyx zyx Y reemplazamos la segunda ecuación por su diferencia con el doble de la primera: 2E1 – E2 → E2 =+− =+− 232 132 zyx zyx =+− =+− 132 232 zyx zyx =+ =+− 35 232 zy zyx Como no podemos seguir eliminando términos, de la segunda ecuación despejamos y. Resulta: y = 3 – 5z En la primera despejamos x y reemplazamos y por y = 3 – 5z x = 1 + 2y – 3z = 1 + 2(3 – 5z) – 3z = 7 – 13z Entonces la solución, queda expresada en función de z. x = 7 – 13z; y = 3 – 5z ; z Como z es un número real puede tomar infinitos valores, Por lo que x e y también ya que dependen de z. Luego el sistema tiene infinitas soluciones, de la forma: S = {(7-13z; 3-5z; z); z ∈ℜ} Podemos hallar una solución particular dándole valores a z. Por ejemplo • si z = 0 una soluión particular es (7; 3; 0) • si z = 1 una soluión particular es (-6; -2; 1) • si z = -1 una soluión particular es (20; 8 -1) 2E1 – E2 UBA XXI. Matemática. Ecuaciones lineales. 15 Método de eliminación o método de Gauss Resolvemos un ejemplo. Ejemplo 9 Para comenzar, cambiemos el orden de las ecuaciones, dejando en primer lugar la que tiene el coeficiente de x igual a 1. 5 E1 ( 5x+ 5y – 5z = 5 E2 ( 5x+ 3y +4z = 2 3 E1 ( 3x+ 3y – 3z = 3 E3 ( 3x+ 2y + z =1 2E3 ( 2y – 8z =4 En este último paso, conseguimos un sistema equivalente al original, en forma escalonada. Y nos resulta fácil encontrar las soluciones.
Compartir